JP6191257B2 - Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method - Google Patents

Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP6191257B2
JP6191257B2 JP2013122520A JP2013122520A JP6191257B2 JP 6191257 B2 JP6191257 B2 JP 6191257B2 JP 2013122520 A JP2013122520 A JP 2013122520A JP 2013122520 A JP2013122520 A JP 2013122520A JP 6191257 B2 JP6191257 B2 JP 6191257B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
stage
piezoelectric element
polarization
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2013122520A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014241317A (en
Inventor
俊顕 益田
俊顕 益田
孝和 木平
孝和 木平
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2013122520A priority Critical patent/JP6191257B2/en
Publication of JP2014241317A publication Critical patent/JP2014241317A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6191257B2 publication Critical patent/JP6191257B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、分極処理装置、圧電素子の製造方法に関する。 The present invention relates to a polarization processing apparatus and a method for manufacturing a piezoelectric element.

プリンタ、ファクシミリ、複写装置等の画像記録装置或いは画像形成装置として使用されるインクジェット記録装置及び液滴吐出ヘッドに関して、インク滴を吐出するノズルと、ノズルが連通する圧力室と、圧力室内のインクを加圧する圧電素子等の電気機械変換素子とを有するものが知られている。電気機械変換素子は、例えば、下部電極上に電気機械変換膜及び上部電極を積層した構造を有する。   Regarding an ink jet recording apparatus and a liquid droplet ejection head used as an image recording apparatus or an image forming apparatus such as a printer, a facsimile machine, and a copying apparatus, a nozzle for ejecting ink droplets, a pressure chamber communicating with the nozzle, and ink in the pressure chamber What has electromechanical conversion elements, such as a piezoelectric element to pressurize, is known. The electromechanical conversion element has, for example, a structure in which an electromechanical conversion film and an upper electrode are stacked on a lower electrode.

連続駆動後、圧電素子に生じる変位量劣化を抑制するために、予め、素子に分極処理を施す技術が知られている。分極処理が施された圧電体結晶は、分極の向きが揃うドメインの集合体を多く含む(図1参照)。   A technique is known in which a polarization process is performed on an element in advance in order to suppress displacement amount deterioration occurring in the piezoelectric element after continuous driving. The piezoelectric crystal subjected to the polarization treatment contains many aggregates of domains in which the directions of polarization are aligned (see FIG. 1).

複数の針状電極(コロナ電極)と下部電極(ステージ電極)との間のコロナ放電を利用し、放電により生じたイオンを、針状電極と下部電極との間に設けたグリッド電極を用いて分散することで、被分極材料に均一な分極処理を行う技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。   Using a corona discharge between a plurality of needle-like electrodes (corona electrodes) and a lower electrode (stage electrode), ions generated by the discharge are used using a grid electrode provided between the needle-like electrodes and the lower electrode. A technique for performing a uniform polarization treatment on a material to be polarized by dispersing (for example, see Patent Document 1).

ステージ電極の電圧(ステージ電圧)が大きい程、分極処理時間を短縮できる(図2参照)。又、ステージ電圧が、圧電素子に対して適切に印加されないと、分極処理が不十分となり、電気機械変換膜にクラックが生じることがある(図3参照)。   The greater the stage electrode voltage (stage voltage), the shorter the polarization treatment time (see FIG. 2). Further, if the stage voltage is not properly applied to the piezoelectric element, the polarization treatment becomes insufficient, and a crack may occur in the electromechanical conversion film (see FIG. 3).

ステージ上に載置される圧電素子のレイアウトを変更する場合、適切な分極処理を圧電素子に施すためには、ステージ電極のレイアウトも変更する必要がある。レイアウト変更の度に、新たなステージを製造すると、コストや手間がかかる。   When changing the layout of the piezoelectric element placed on the stage, it is necessary to change the layout of the stage electrode in order to apply an appropriate polarization process to the piezoelectric element. Manufacturing a new stage each time the layout is changed requires cost and labor.

特許文献1におけるコロナ分極処理装置において、ステージ電極のレイアウト変更は、困難である。   In the corona polarization treatment apparatus in Patent Document 1, it is difficult to change the layout of the stage electrodes.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、ステージ電極のレイアウト変更が容易で、低コストな分極処理装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a low-cost polarization processing apparatus in which the layout of the stage electrode can be easily changed.

本実施の形態の分極処理装置は、圧電素子に分極処理を施す分極処理装置であって、複数の貫通孔を含み、圧電素子を載置するステージと、貫通孔を介して圧電素子に電圧を印加するステージ電極と、ステージに対してコロナ放電するワイヤ電極と、圧電素子と対向し、ワイヤ電極とステージ電極との間に形成されるグリッド電極と、を有することを要件とする。   The polarization processing apparatus according to the present embodiment is a polarization processing apparatus that performs polarization processing on a piezoelectric element. The polarization processing apparatus includes a plurality of through holes, a stage on which the piezoelectric elements are placed, and a voltage applied to the piezoelectric elements through the through holes. It is necessary to have a stage electrode to be applied, a wire electrode that corona discharges with respect to the stage, and a grid electrode that faces the piezoelectric element and is formed between the wire electrode and the stage electrode.

本実施の形態によれば、ステージ電極のレイアウト変更が容易で、低コストな分極処理装置を提供することができる。   According to the present embodiment, it is possible to provide a low-cost polarization processing device in which the layout of the stage electrode can be easily changed.

分極処理前後での分域の変化を例示する模式図である。It is a schematic diagram which illustrates the change of the domain before and behind a polarization process. ステージ電圧と、分極処理時間との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between a stage voltage and polarization processing time. 分極処理の不具合を例示する図である。It is a figure which illustrates the malfunction of a polarization process. 実施の形態1に係る分極処理装置を例示する図である。It is a figure which illustrates the polarization processing apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るステージを例示する図である。FIG. 3 is a diagram illustrating a stage according to the first embodiment. 実施の形態1に係るステージ電極を例示する図である。4 is a diagram illustrating a stage electrode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るステージ電極を例示する図である。4 is a diagram illustrating a stage electrode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るステージ電極を例示する図である。4 is a diagram illustrating a stage electrode according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係る分極処理装置を例示する図である。It is a figure which illustrates the polarization processing apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1に係るP−Eヒステリシス曲線を示すグラフである。3 is a graph showing a PE hysteresis curve according to the first embodiment. 実施の形態2に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。6 is a diagram illustrating a droplet discharge head according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る圧電素子を例示する図である。6 is a diagram illustrating a piezoelectric element according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2に係る液滴吐出ヘッドを例示する図である。6 is a diagram illustrating a droplet discharge head according to Embodiment 2. FIG. 実施の形態2に係る角度と回折強度との関係を示すグラフである。6 is a graph showing a relationship between an angle and diffraction intensity according to the second embodiment. 実施の形態3に係るインクジェット記録装置を例示する斜視図である。5 is a perspective view illustrating an ink jet recording apparatus according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態3に係るインクジェット記録装置の、機構部を例示する側面図である。6 is a side view illustrating a mechanism unit of an ink jet recording apparatus according to Embodiment 3. FIG. 実施例1に係る圧電素子を例示する図である。1 is a diagram illustrating a piezoelectric element according to Example 1. FIG. 実施例1に係るステージ電極を例示する図である。2 is a diagram illustrating a stage electrode according to Example 1. FIG. 実施例1に係るステージ電極を例示する図である。2 is a diagram illustrating a stage electrode according to Example 1. FIG. 実施例1に係るステージ電極を例示する図である。2 is a diagram illustrating a stage electrode according to Example 1. FIG. 実施例1に係るステージ電極を例示する図である。2 is a diagram illustrating a stage electrode according to Example 1. FIG. 実施例1に係るステージ電極を例示する図である。2 is a diagram illustrating a stage electrode according to Example 1. FIG. 実施例1に係るP−Eヒステリシス曲線を示すグラフである。3 is a graph showing a PE hysteresis curve according to Example 1; 実施例3に係る圧電素子とステージ電極を例示する図である。6 is a diagram illustrating a piezoelectric element and a stage electrode according to Example 3. FIG. 実施例4に係るステージ電極を例示する図である。6 is a diagram illustrating a stage electrode according to Example 4. FIG. 実施例6に係る圧電素子とステージ電極を例示する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a piezoelectric element and a stage electrode according to Example 6.

以下、図面及び表を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。   Hereinafter, embodiments for carrying out the invention will be described with reference to the drawings and tables. In the drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted.

〈第1の実施の形態〉
[分極処理装置の構成]
本実施の形態に係る分極処理装置の構成について図4乃至図8を用いて説明する。
<First Embodiment>
[Configuration of polarization processing equipment]
The configuration of the polarization processing apparatus according to this embodiment will be described with reference to FIGS.

分極処理装置100は、コロナ電極(ワイヤ電極)101と、グリッド電極102と、ステージ103と、コロナ電源104と、グリッド電源105と、ステージ電源106と、ステージ電極107を含む。ステージ103上には、圧電素子108が載置される。圧電素子108のレイアウトは、任意に設定することが可能である。又、圧電素子108の構造は、特に限定されず、例えば、バイモルフ構造、ユニモルフ構造等であっても良い。   The polarization processing apparatus 100 includes a corona electrode (wire electrode) 101, a grid electrode 102, a stage 103, a corona power supply 104, a grid power supply 105, a stage power supply 106, and a stage electrode 107. A piezoelectric element 108 is placed on the stage 103. The layout of the piezoelectric element 108 can be arbitrarily set. The structure of the piezoelectric element 108 is not particularly limited, and may be, for example, a bimorph structure or a unimorph structure.

コロナ電極101は、ステージ103(ステージ電極107)と対向し、間にグリッド電極102を介して形成される。   The corona electrode 101 is opposed to the stage 103 (stage electrode 107) and is formed via the grid electrode 102 therebetween.

グリッド電極102は、ステージ表面(圧電素子が形成される面)と対向して形成される。又、グリッド電極102は、コロナ電極101とステージ電極107との間に形成される。   The grid electrode 102 is formed to face the stage surface (surface on which the piezoelectric element is formed). The grid electrode 102 is formed between the corona electrode 101 and the stage electrode 107.

コロナ電極101には、コロナ電源104からコロナ電圧が供給される。又、グリッド電極102には、グリッド電源105からグリッド電圧が供給される。又、ステージ電極107には、ステージ電源106からステージ電圧が供給される。   Corona voltage is supplied to the corona electrode 101 from a corona power source 104. The grid voltage is supplied to the grid electrode 102 from the grid power source 105. A stage voltage is supplied to the stage electrode 107 from the stage power supply 106.

コロナ電極101と、ステージ電極107には、逆極性の電圧が供給されることが好ましい。逆極性とすることで、コロナ電極101で発生するイオンの状態(コロナ放電の状態)を変化させずに、圧電素子108に生じる内部電圧差を大きくできる。その結果、分極処理時間を短縮することもできる。   It is preferable that a reverse polarity voltage is supplied to the corona electrode 101 and the stage electrode 107. By setting the reverse polarity, the internal voltage difference generated in the piezoelectric element 108 can be increased without changing the state of ions (corona discharge state) generated in the corona electrode 101. As a result, the polarization processing time can be shortened.

コロナ電極101におけるコロナ放電の強弱は、コロナ電圧及びグリッド電圧の大きさ、ステージ103とコロナ電極101との間の距離、ステージ103とグリッド電極102との間の距離、等により適宜制御することが可能である。   The intensity of the corona discharge in the corona electrode 101 can be appropriately controlled by the magnitude of the corona voltage and the grid voltage, the distance between the stage 103 and the corona electrode 101, the distance between the stage 103 and the grid electrode 102, and the like. Is possible.

グリッド電極102は、メッシュ加工が施されている。このため、コロナ放電するコロナ電極101の周りに発生するイオンを、効率良く且つ均一に分散させて、圧電素子108(ステージ103)に対して降り注ぐことができる。   The grid electrode 102 is meshed. For this reason, ions generated around the corona electrode 101 that undergoes corona discharge can be efficiently and uniformly dispersed and can be poured onto the piezoelectric element 108 (stage 103).

ステージ103は、絶縁体で構成され、貫通孔を複数含む。電流密度を増加させ、分極処理時間を短縮するため、貫通孔における開口部の形状は、六角形であることが好ましい。具体的には、図5(A)に示す様に、上面の形状が、正六角形を、隣接させた形状を有し、図5(B)に示す様に、断面の形状が、長方形を、隣接させた形状を有していることが好ましい。   The stage 103 is made of an insulator and includes a plurality of through holes. In order to increase the current density and shorten the polarization treatment time, the shape of the opening in the through hole is preferably a hexagon. Specifically, as shown in FIG. 5 (A), the shape of the top surface has a regular hexagonal shape, and the shape of the cross section is rectangular as shown in FIG. 5 (B). It is preferable to have an adjacent shape.

又、貫通孔における開口部の形状は、正六角形に限定されるものではない。例えば、六角形、円形、楕円形、四角形、長方形、三角形、等であっても良い。   Moreover, the shape of the opening part in a through-hole is not limited to a regular hexagon. For example, it may be a hexagon, a circle, an ellipse, a quadrangle, a rectangle, a triangle, or the like.

ステージ103には、温度調節機能が付加されていることが好ましい。温度調節機能により、設定される温度は、50℃以上150℃以下であることが好ましい。昇温させたステージ103上で、分極処理を行うことで、分極処理時間を短縮し、分極処理の効率を高められる。   It is preferable that a temperature adjustment function is added to the stage 103. The temperature set by the temperature adjusting function is preferably 50 ° C. or higher and 150 ° C. or lower. By performing the polarization process on the stage 103 that has been heated, the polarization process time can be shortened and the efficiency of the polarization process can be increased.

ステージ電極107は、ステージ103の貫通孔を利用して形成される。例えば、ステージ電極107は、図6に例示する様に形成されても良い。図6(A)は、ステージ電極107の上面図、図6(B)はステージ電極107の断面図である。圧電素子108のレイアウトに合わせて、貫通孔に、取り外し可能なロッド電極107aを、複数挿入し、ロッド電極107aの下面と、共通電極107bを接触させることにより、ステージ電極107とする。挿入するロッド電極107aの数や位置を任意に選択することで、ステージ電極107のレイアウト変更を容易に行うことができる。   The stage electrode 107 is formed using the through hole of the stage 103. For example, the stage electrode 107 may be formed as illustrated in FIG. 6A is a top view of the stage electrode 107, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the stage electrode 107. In accordance with the layout of the piezoelectric element 108, a plurality of removable rod electrodes 107a are inserted into the through holes, and the lower surface of the rod electrode 107a and the common electrode 107b are brought into contact with each other to form the stage electrode 107. The layout of the stage electrode 107 can be easily changed by arbitrarily selecting the number and position of the rod electrodes 107a to be inserted.

又、例えば、ステージ電極107は、図7に例示する様に形成されても良い。図7(A)は、ステージ電極107の上面図、図7(B)は、ステージ電極107の断面図である。圧電素子108のレイアウトに合わせて、電極板107cを配設し、貫通孔に、取り外し可能なロッド電極107aを、複数挿入する。電極板107cとロッド電極107aとは、導電性ペースト等により接着しても良いし、貫通孔を介して、真空密着させても良い。ロッド電極107aの下面と、共通電極107bを接触させることにより、ステージ電極107とする。配設する電極板107cの位置や形状を任意に選択することで、ステージ電極107のレイアウト変更を容易に行うことができる。図7の場合、図6の場合と比べて、挿入するロッド電極107aの数を減らすことができる。   For example, the stage electrode 107 may be formed as illustrated in FIG. 7A is a top view of the stage electrode 107, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the stage electrode 107. An electrode plate 107c is disposed in accordance with the layout of the piezoelectric element 108, and a plurality of removable rod electrodes 107a are inserted into the through holes. The electrode plate 107c and the rod electrode 107a may be bonded with a conductive paste or the like, or may be brought into vacuum contact with each other through a through hole. The stage electrode 107 is formed by bringing the lower surface of the rod electrode 107a into contact with the common electrode 107b. The layout of the stage electrode 107 can be easily changed by arbitrarily selecting the position and shape of the electrode plate 107c to be provided. In the case of FIG. 7, the number of rod electrodes 107a to be inserted can be reduced as compared with the case of FIG.

又、例えば、図8(A)及び図8(B)に例示する様に、ロッド電極107aを挿入していない貫通孔に、絶縁体ロッド110を挿入しても良い。絶縁体ロッド110を挿入することで、ロッド電極107a間、電極板107c間の絶縁性を高めることができるため、ステージ電極107を、高密度に形成することが可能になる。又、共通電極107bから圧電素子108に、不要な電圧が印加される可能性を低減できる。   In addition, for example, as illustrated in FIGS. 8A and 8B, the insulator rod 110 may be inserted into a through hole into which the rod electrode 107a is not inserted. By inserting the insulator rod 110, the insulation between the rod electrodes 107a and between the electrode plates 107c can be improved, so that the stage electrodes 107 can be formed with high density. Further, the possibility that an unnecessary voltage is applied from the common electrode 107b to the piezoelectric element 108 can be reduced.

なお、貫通孔間の間隔が大きすぎると分極状態に差が生じる。そのため、貫通孔間の間隔は、50μm以上1mm以下であることが好ましい。   In addition, when the space | interval between through-holes is too large, a difference will arise in a polarization state. Therefore, it is preferable that the space | interval between through-holes is 50 micrometers or more and 1 mm or less.

ロッド電極107a及び電極板107cの材料としては、金属等の導電性材料を用いることが好ましい。例えば、銅、プラチナ、タングステン、ステンレス、アルミニウム合金、イリジウム合金、金、グラファイト等が挙げられる。   As materials for the rod electrode 107a and the electrode plate 107c, a conductive material such as metal is preferably used. For example, copper, platinum, tungsten, stainless steel, aluminum alloy, iridium alloy, gold, graphite and the like can be mentioned.

導電性ペーストしては、金ペースト、銀ペースト等が挙げられる。なお、導電性ペーストは、ロッド電極と電極板との接着に用いるだけでなく、導電性ペースト自体を、貫通孔に充填し、ステージ電極を形成しても良い。導電性ペーストをステージ電極として用いることで、貫通孔における開口部の形状を細かくできるため、ステージ電極を高密度に形成できる。   Examples of the conductive paste include gold paste and silver paste. The conductive paste is not only used for bonding the rod electrode and the electrode plate, but the conductive paste itself may be filled in the through holes to form the stage electrode. By using the conductive paste as the stage electrode, the shape of the opening in the through hole can be made finer, so that the stage electrode can be formed with high density.

ステージ電極107が、ステージ103の貫通孔を利用して形成されることで、圧電素子のレイアウト変更に合わせて、容易にステージ電極107のレイアウト変更をすることができる。即ち、レイアウト変更の度に、新たなステージを製造する、新たなステージに合わせて、電極等を繋ぎ直す等というコストや手間を省くことができる。又、圧電素子108に、的確にステージ電圧を印加することができるため、適切な分極処理を施し、圧電素子108の性能を高めることができる。   Since the stage electrode 107 is formed using the through hole of the stage 103, the layout of the stage electrode 107 can be easily changed in accordance with the layout change of the piezoelectric element. That is, it is possible to save the cost and labor of manufacturing a new stage each time the layout is changed and reconnecting electrodes and the like in accordance with the new stage. In addition, since the stage voltage can be accurately applied to the piezoelectric element 108, an appropriate polarization process can be performed to improve the performance of the piezoelectric element 108.

[分極処理の原理]
分極処理装置100による分極処理の原理の一例について図9を用いて説明する。分極処理装置100は、コロナ放電及びステージ電圧により、圧電素子に分極処理を施す。
[Principle of polarization processing]
An example of the principle of polarization processing by the polarization processing apparatus 100 will be described with reference to FIG. The polarization processing apparatus 100 performs polarization processing on the piezoelectric element by corona discharge and stage voltage.

コロナ電極101に、コロナ電圧が印加されると、コロナ放電により、大気中の分子109がイオン化され、陽イオン109a及び陰イオン109bが発生する。これらのイオンが、メッシュ加工が施され、グリッド電圧が印加されたグリッド電極102を介して、ステージ103に降り注ぐ。   When a corona voltage is applied to the corona electrode 101, molecules 109 in the atmosphere are ionized by corona discharge, and positive ions 109a and negative ions 109b are generated. These ions are applied to the stage 103 through the grid electrode 102 to which mesh processing is applied and a grid voltage is applied.

陽イオン109aが、圧電素子108の共通電極PAD及び個別電極PAD(図示せず)を介して、圧電素子108に注入されることで、逆極性の電荷が圧電素子108の上部電極及び下部電極に蓄積する。又、貫通孔を介して、ステージ電極107から、圧電素子108に、ステージ電圧が印加されると、圧電素子108の上部電極と下部電極との間に、更に大きな内部電圧差が生じ、圧電素子は分極する。   The positive ions 109a are injected into the piezoelectric element 108 via the common electrode PAD and the individual electrode PAD (not shown) of the piezoelectric element 108, so that charges of opposite polarity are applied to the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric element 108. accumulate. Further, when a stage voltage is applied from the stage electrode 107 to the piezoelectric element 108 through the through hole, a larger internal voltage difference is generated between the upper electrode and the lower electrode of the piezoelectric element 108, and the piezoelectric element Is polarized.

圧電素子108に、分極処理を施すために必要な電圧は、上部電極又は下部電極に蓄積する電荷の量(電荷量Q[C])に比例する。電荷量Q[C]は、1E−8[C]以上であることが好ましく、4E−8[C]以上であることがより好ましい。電荷量Q[C]が、1E−8[C]未満である場合は、圧電素子に、十分な分極処理を施すことができない。 The voltage necessary for applying a polarization process to the piezoelectric element 108 is proportional to the amount of charge accumulated in the upper electrode or the lower electrode (charge amount Q [C]). The charge amount Q [C] is preferably 1E −8 [C] or more, and more preferably 4E −8 [C] or more. When the charge amount Q [C] is less than 1E- 8 [C], the piezoelectric element cannot be sufficiently polarized.

図10(A)は、圧電素子108に対して、分極処理を施す前の状態を示すP−Eヒステリシスループである。又、図10(B)は、圧電素子108に対して、分極処理を施した後の状態を示すP−Eヒステリシスループである。横軸は、印加電圧E(単位:[kV/cm])、縦軸は、分極P(単位:[μC/cm])である。 FIG. 10A is a PE hysteresis loop showing a state before the piezoelectric element 108 is polarized. FIG. 10B is a PE hysteresis loop showing a state after the polarization process is performed on the piezoelectric element 108. The horizontal axis represents applied voltage E (unit: [kV / cm]), and the vertical axis represents polarization P (unit: [μC / cm 2 ]).

最初に、印加電圧E=0[kV/cm]とした場合の分極をPindとする。又、印加電圧E=150[kV/cm]とし、更に、印加電圧E=0[kV/cm]とした場合の分極をPrとする。   First, let Pind be the polarization when the applied voltage E = 0 [kV / cm]. Further, the applied voltage E = 150 [kV / cm], and the polarization when the applied voltage E = 0 [kV / cm] is set to Pr.

分極Prと分極Pindとの差を、分極率(Pr−Pind)とする。P−Eヒステリシスループから読み取れる、分極率から、分極処理の状態を判断することができる。   A difference between the polarization Pr and the polarization Pind is defined as a polarizability (Pr−Pind). The state of polarization processing can be determined from the polarizability read from the PE hysteresis loop.

分極率(Pr−Pind)は、10以下であることが好ましく、5以下であることが、より好ましい。分極率が、10より大きい場合、圧電素子108を連続駆動させた後の変位量劣化が大きくなってしまう。   The polarizability (Pr-Pind) is preferably 10 or less, and more preferably 5 or less. When the polarizability is larger than 10, the displacement amount deterioration after the piezoelectric element 108 is continuously driven becomes large.

〈第2の実施の形態〉
本実施の形態では、第1の実施の形態に係る分極処理装置により分極処理が施された圧電素子を搭載する液滴吐出ヘッドについて説明する。圧電素子は、インクジェット記録装置において使用する液滴吐出ヘッドの構成部品として用いられる。
<Second Embodiment>
In the present embodiment, a droplet discharge head on which a piezoelectric element subjected to polarization processing by the polarization processing apparatus according to the first embodiment will be described. The piezoelectric element is used as a component part of a droplet discharge head used in an ink jet recording apparatus.

図11は、電気機械変換素子を用いた液滴吐出ヘッド1を例示する断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a droplet discharge head 1 using an electromechanical transducer.

図12は、液滴吐出ヘッド1の構成部品である圧電素子108を例示する図である。図8(A)は、圧電素子108の断面図であり、図8(B)は、圧電素子108の上面図である。   FIG. 12 is a diagram illustrating a piezoelectric element 108 that is a component of the droplet discharge head 1. FIG. 8A is a cross-sectional view of the piezoelectric element 108, and FIG. 8B is a top view of the piezoelectric element 108.

図11及び図12に示す様に、液滴吐出ヘッド1は、ノズル板10と、圧力室基板20と、振動板30と、基板31と、電気機械変換素子44とを有する。   As shown in FIGS. 11 and 12, the droplet discharge head 1 includes a nozzle plate 10, a pressure chamber substrate 20, a vibration plate 30, a substrate 31, and an electromechanical conversion element 44.

ノズル板10には、インク滴を吐出するノズル11が形成されている。ノズル板10、圧力室基板20、及び振動板30により、ノズル11に連通する圧力室21(インク流路、加圧液室、加圧室、吐出室、液室等と称される場合もある)が形成されている。振動板30は、インク流路の壁面の一部を形成している。   The nozzle plate 10 is formed with nozzles 11 that eject ink droplets. The nozzle plate 10, the pressure chamber substrate 20, and the vibration plate 30 may be referred to as a pressure chamber 21 (an ink channel, a pressurized liquid chamber, a pressurized chamber, a discharge chamber, a liquid chamber, or the like) that communicates with the nozzle 11. ) Is formed. The diaphragm 30 forms part of the wall surface of the ink flow path.

電気機械変換素子44は、上部電極41、電気機械変換膜42、下部電極43、密着層等を含んで構成され、圧力室21内のインクを加圧する機能を有する。密着層は、例えばTi、TiO、TiN、Ta、Ta、Ta等からなる層であり、下部電極43と振動板30との密着性を向上する機能を有する。但し、密着層は、圧電素子に必須の構成要素ではない。 The electromechanical conversion element 44 includes an upper electrode 41, an electromechanical conversion film 42, a lower electrode 43, an adhesion layer, and the like, and has a function of pressurizing ink in the pressure chamber 21. The adhesion layer is a layer made of, for example, Ti, TiO 2 , TiN, Ta, Ta 2 O 5 , Ta 3 N 5, and the like, and has a function of improving adhesion between the lower electrode 43 and the diaphragm 30. However, the adhesion layer is not an essential component for the piezoelectric element.

電気機械変換素子44において、下部電極43と上部電極41との間に電圧が印加されると、電気機械変換膜42が機械的に変位する。電気機械変換膜42の機械的変位にともなって、振動板30が例えば横方向(d31方向)に変形変位し、圧力室21内のインクを加圧する。これにより、ノズル11からインク滴を吐出させることができる。   In the electromechanical conversion element 44, when a voltage is applied between the lower electrode 43 and the upper electrode 41, the electromechanical conversion film 42 is mechanically displaced. With the mechanical displacement of the electromechanical conversion film 42, the vibration plate 30 is deformed and displaced, for example, in the lateral direction (d31 direction), and pressurizes the ink in the pressure chamber 21. Thereby, ink droplets can be ejected from the nozzle 11.

圧電素子108は、基板31と、振動板30と、電気機械変換素子44と、第1の絶縁保護膜51、第1の電極52、第2の電極53、第2の絶縁保護膜54、共通電極PAD57、個別電極PAD58、図示しない引き出し配線、共通電極配線、個別電極配線等を含んで構成される。   The piezoelectric element 108 includes the substrate 31, the vibration plate 30, the electromechanical conversion element 44, the first insulating protective film 51, the first electrode 52, the second electrode 53, the second insulating protective film 54, and the common. The electrode PAD 57, the individual electrode PAD 58, a lead wiring (not shown), a common electrode wiring, an individual electrode wiring, and the like are included.

第1の絶縁保護膜51は、コンタクトホール55を有しており、コンタクトホール55を介して、下部電極43と第1の電極52とは電気的に接続され、又、上部電極41と第2の電極53とは電気的に接続されている。第2の絶縁保護膜54は、コンタクトホール56を有しており、コンタクトホール56を介して、第1の電極52と共通電極PADとは電気的に接続され、又、第2の電極53と個別電極PADとは電気的に接続されている。第2の絶縁保護膜54は、共通電極配線、及び個別電極配線を被覆し、保護層としての機能を有する。電極及び配線が、保護層に被覆されるため、電極材料として、安価なAl、Alを主成分とする合金材料等を選択することができる。共通電極PAD57は、共通電極配線用に作製され、個別電極PAD58は、個別電極配線用に作製される。   The first insulating protective film 51 has a contact hole 55, and the lower electrode 43 and the first electrode 52 are electrically connected via the contact hole 55, and the upper electrode 41 and the second electrode 52 are connected to each other. The electrode 53 is electrically connected. The second insulating protective film 54 has a contact hole 56, and the first electrode 52 and the common electrode PAD are electrically connected via the contact hole 56, and the second electrode 53 The individual electrode PAD is electrically connected. The second insulating protective film 54 covers the common electrode wiring and the individual electrode wiring and has a function as a protective layer. Since the electrode and the wiring are covered with the protective layer, inexpensive Al, an alloy material containing Al as a main component, or the like can be selected as the electrode material. The common electrode PAD57 is manufactured for common electrode wiring, and the individual electrode PAD58 is manufactured for individual electrode wiring.

コンタクトホール56は、圧電素子108の周囲に形成される。コンタクトホール55、56は、フォトリソグラフィ及びドライエッチングを、組み合わせて形成することができる。電気機械変換素子44は、第1の絶縁保護膜51及び第2の絶縁保護膜54により保護されているため、コンタクトホール56が形成されても、電気機械変換素子44にダメージは、ほぼ生じない。   The contact hole 56 is formed around the piezoelectric element 108. The contact holes 55 and 56 can be formed by a combination of photolithography and dry etching. Since the electromechanical conversion element 44 is protected by the first insulating protective film 51 and the second insulating protective film 54, even if the contact hole 56 is formed, the electromechanical conversion element 44 is hardly damaged. .

共通電極PAD57、及び個別電極PAD58の面積は、50μm×50μm以上であることが好ましく、100μm×300μm以上であることがより好ましい。PADの面積を広くする程、配線の機能を向上させ、適切な分極処理を行うことができる。   The areas of the common electrode PAD57 and the individual electrode PAD58 are preferably 50 μm × 50 μm or more, and more preferably 100 μm × 300 μm or more. As the area of the PAD is increased, the wiring function is improved and an appropriate polarization process can be performed.

なお、図13に示すように、液滴吐出ヘッド1を複数個並設し、液滴吐出ヘッド2を構成することもできる。   As shown in FIG. 13, a plurality of droplet discharge heads 1 can be arranged in parallel to form the droplet discharge head 2.

基板31の材料としては、シリコン単結晶基板を用いることが好ましく、厚みは、約100μm〜600μmであることが好ましい。面方位が、(100)又は(111)であるシリコン単結晶基板を用いることがより好ましい。面方位は、シリコン単結晶基板を加工する際におけるエッチング(例えば、KOH等のアルカリ溶液に浸漬させる異方性エッチング)の速度等を考慮して、選択することが好ましい。又、基板の剛性を保ちつつ、結晶の配列密度を高くできる面方位を有するシリコン単結晶基板を選択することが好ましい。   As the material of the substrate 31, it is preferable to use a silicon single crystal substrate, and the thickness is preferably about 100 μm to 600 μm. It is more preferable to use a silicon single crystal substrate whose plane orientation is (100) or (111). The plane orientation is preferably selected in consideration of the speed of etching (for example, anisotropic etching immersed in an alkaline solution such as KOH) when processing the silicon single crystal substrate. It is also preferable to select a silicon single crystal substrate having a plane orientation capable of increasing the crystal arrangement density while maintaining the rigidity of the substrate.

振動板30の材料としては、ある程度の強度を有する材料を用いることが好ましく、例えば、シリコン(Si)、酸化シリコン(SiO2)、窒化シリコン(Si)等が挙げられる。又、熱膨張係数を考慮して、選択しても良い。具体的には、熱膨張係数が5×10−6[1/K]〜10×10−6[1/K]の範囲を満たす材料を用いることが好ましく、7×10−6[1/K]〜9×10−6[1/K]の範囲を満たす材料を用いることがより好ましい。これらの材料として、例えば、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化イリジウム、酸化ルテニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、酸化オスミウム、酸化レニウム、酸化ロジウム、酸化パラジウム及びそれらの化合物等が挙げられる。 As the material of the diaphragm 30, a material having a certain degree of strength is preferably used, and examples thereof include silicon (Si), silicon oxide (SiO 2 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), and the like. Further, it may be selected in consideration of the thermal expansion coefficient. Specifically, it is preferable to use a material having a thermal expansion coefficient satisfying a range of 5 × 10 −6 [1 / K] to 10 × 10 −6 [1 / K], and 7 × 10 −6 [1 / K. ] To 9 × 10 −6 [1 / K] is more preferably used. Examples of these materials include aluminum oxide, zirconium oxide, iridium oxide, ruthenium oxide, tantalum oxide, hafnium oxide, osmium oxide, rhenium oxide, rhodium oxide, palladium oxide, and compounds thereof.

振動板30は、例えば、CVD法、スパッタ法、ゾルゲル法等の方法により形成できる。振動板30の膜厚は、約0.1μm〜10μmであることが好ましく、約0.5μm〜3μmであることが、より好ましい。なお、振動板30の表面を、例えば、厚さ約数百nm〜数μmのシリコン酸化膜、窒化シリコン膜、酸化窒化シリコン膜又はこれらの膜を積層した膜等によって、絶縁処理してもよい。   The diaphragm 30 can be formed by a method such as a CVD method, a sputtering method, or a sol-gel method. The film thickness of the diaphragm 30 is preferably about 0.1 μm to 10 μm, and more preferably about 0.5 μm to 3 μm. Note that the surface of the vibration plate 30 may be insulated by, for example, a silicon oxide film, a silicon nitride film, a silicon oxynitride film having a thickness of about several hundreds nm to several μm, or a film in which these films are stacked. .

密着層は、Ti、Ta、Ir、Ru等の材料を、スパッタ成膜後、RTA装置を用いた熱酸化法等により形成することが好ましい。例えば、密着層として、Tiをスパッタ成膜後、RTA装置を用いて、成膜温度650℃〜800℃、成膜時間1分〜30分という条件下で、酸素雰囲気中でTi膜を熱酸化することにより、TiO膜を成膜しても良い。密着層の膜厚は、約10nm〜50nmであることが好ましく、約15nm〜30nmであることが、より好ましい。 The adhesion layer is preferably formed of a material such as Ti, Ta, Ir, or Ru by a thermal oxidation method using an RTA apparatus after sputtering film formation. For example, after Ti is sputtered as an adhesion layer, a Ti film is thermally oxidized in an oxygen atmosphere using an RTA apparatus under conditions of a film forming temperature of 650 ° C. to 800 ° C. and a film forming time of 1 minute to 30 minutes. By doing so, a TiO 2 film may be formed. The thickness of the adhesion layer is preferably about 10 nm to 50 nm, and more preferably about 15 nm to 30 nm.

下部電極43は、金属膜と酸化物膜との積層膜から成ることが好ましい。   The lower electrode 43 is preferably composed of a laminated film of a metal film and an oxide film.

下部電極43の金属材料としては、高い耐熱性を有し、低い反応性を有するルテニウム(Ru)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)、オスミウム(Os)、イリジウム(Ir)、プラチナ(Pt)等の白金族金属や、これら白金族金属を含む合金材料等を用いることができる。金属膜は、スパッタ法や真空蒸着法等の真空成膜法を用いて形成することができる。金属膜の膜厚は、約80nm〜200nmであることが好ましく、約100nm〜150nmであることが、より好ましい。80nmより薄い場合、液滴吐出ヘッド2の吐出信頼性を低下させてしまう。又、200nmより厚い場合、コストが高くなる、金属膜の表面粗さが大きくなる、金属膜上に形成される酸化物膜及び電気機械変換膜の結晶配向性に悪影響を及ぼす等の不具合が生じる。   As the metal material of the lower electrode 43, ruthenium (Ru), rhodium (Rh), palladium (Pd), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt) having high heat resistance and low reactivity. Platinum group metals such as these, and alloy materials containing these platinum group metals can be used. The metal film can be formed using a vacuum film formation method such as a sputtering method or a vacuum evaporation method. The thickness of the metal film is preferably about 80 nm to 200 nm, and more preferably about 100 nm to 150 nm. If it is thinner than 80 nm, the ejection reliability of the droplet ejection head 2 is lowered. In addition, when the thickness is greater than 200 nm, the cost increases, the surface roughness of the metal film increases, and the crystal orientation of the oxide film and electromechanical conversion film formed on the metal film is adversely affected. .

下部電極43の酸化物材料としては、導電性酸化物材料を用いることが好ましい。具体的には、化学式Sr(x)(1−x)Ru(y(1−y))で記述され、A=Ba、Ca、 B=Co、Ni、 (y=0〜0.5)等の材料を用いることができる。又、化学式ABOで記述され、A=Sr、Ba、Ca、La、 B=Ru、Co、Ni、を主成分とする複合酸化物があり、SrRuOやCaRuO、これらの固溶体である(Sr1−x Ca)Oのほか、LaNiOやSrCoO、更にはこれらの固溶体である(La, Sr)(Ni1−y Co)O (y=1でも良い)が挙げられる。それ以外の酸化物材料として、IrO、RuOも挙げられる。特に、SRO(ルテニウム酸ストロンチウム)を用いることが好ましい。 As the oxide material of the lower electrode 43, a conductive oxide material is preferably used. Specifically, it is described by the chemical formula Sr (x) A (1-x) Ru (y (1-y)) , and A = Ba, Ca, B = Co, Ni, (y = 0 to 0.5) Etc. can be used. In addition, there is a composite oxide described by the chemical formula ABO 3 and having A = Sr, Ba, Ca, La, B = Ru, Co, Ni as main components, and SrRuO 3 , CaRuO 3 , and solid solutions thereof ( In addition to Sr 1-x Ca x ) O 3 , LaNiO 3 and SrCoO 3 , and further, (La, Sr) (Ni 1-y Co y ) O 3 (y = 1 may be used), which is a solid solution thereof, may be mentioned. . Other oxide materials include IrO 2 and RuO 2 . In particular, SRO (strontium ruthenate) is preferably used.

酸化物膜は、例えば、スパッタ法等を用いて形成することができる。成膜温度は、表面粗さや、結晶配向性を考慮して、適宜調整することが好ましい。成膜温度は、500℃以上700℃以下であることが好ましく、520℃以上600以下であることがより好ましい。又、表面粗さは、約4nm〜15nmであることが好ましく、約6nm〜10nmであることが、より好ましい。   The oxide film can be formed using, for example, a sputtering method or the like. The film formation temperature is preferably adjusted as appropriate in consideration of surface roughness and crystal orientation. The film formation temperature is preferably 500 ° C. or more and 700 ° C. or less, and more preferably 520 ° C. or more and 600 or less. Further, the surface roughness is preferably about 4 nm to 15 nm, and more preferably about 6 nm to 10 nm.

酸化物膜の膜厚は、約40nm〜150nmであることが好ましく、約50nm〜80nmであることが、より好ましい。膜厚がこの範囲を満たす場合、連続駆動後の電気機械変換膜の変位量劣化を抑制でき、酸化物膜を、電気機械変換膜のオーバーエッチングを抑制するためのストップエッチング層として十分に機能させることができる。   The thickness of the oxide film is preferably about 40 nm to 150 nm, and more preferably about 50 nm to 80 nm. When the film thickness satisfies this range, the displacement deterioration of the electromechanical conversion film after continuous driving can be suppressed, and the oxide film sufficiently functions as a stop etching layer for suppressing overetching of the electromechanical conversion film. be able to.

酸化物材料として、SROを用いる場合、成膜後のSrとRuの組成比については、Sr/Ruが、0.82以上1.22以下であることが好ましい。Sr/Ruが、この範囲を満たさないと、SRO膜において、比抵抗が大きくなり、電極として十分な導電性が得られなくなる。比抵抗は、5×10-3Ω・cm以下であることが好ましく、1×10-3Ω・cm以下であることがより好ましい。又、SRO膜の結晶配向性としては、(111)面の配向率が高いことが好ましい。(111)面の配向率が高い場合、2θ=32°で固定したXRD(X−ray−diffraction)測定による測定結果において、Psi=35°付近で、回折強度のピークを確認できる(図14参照)。 When SRO is used as the oxide material, the Sr / Ru composition ratio after the film formation is preferably 0.82 or more and 1.22 or less. If Sr / Ru does not satisfy this range, the SRO film has a large specific resistance, and sufficient conductivity as an electrode cannot be obtained. The specific resistance is preferably 5 × 10 −3 Ω · cm or less, and more preferably 1 × 10 −3 Ω · cm or less. As the crystal orientation of the SRO film, it is preferable that the (111) plane has a high orientation rate. When the orientation ratio of the (111) plane is high, a peak of diffraction intensity can be confirmed near Psi = 35 ° in the measurement result by XRD (X-ray-diffractive) measurement fixed at 2θ = 32 ° (see FIG. 14). ).

電気機械変換膜42の材料としては、例えば、PZTを用いることができる。PZTとはジルコン酸鉛(PbZrO)とチタン酸鉛(PbTiO)の固溶体である。例えば、PbZrOとPbTiOの比率が53:47の割合で、化学式で示すとPb(Zr0.53、Ti0.47)O、一般にはPZT(53/47)と示されるPZT等を使用することができる。PbZrOとPbTiOの比率によって、PZTの特性が異なる。 As a material of the electromechanical conversion film 42, for example, PZT can be used. PZT is a solid solution of lead zirconate (PbZrO 3 ) and lead titanate (PbTiO 3 ). For example, the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 is 53:47, and the chemical formula indicates Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 , PZT generally indicated as PZT (53/47), etc. Can be used. The characteristics of PZT vary depending on the ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 .

電気機械変換膜42としてPZTを使用する場合、出発材料に酢酸鉛三水和物、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を使用しても良い。これらの出発材料を、共通溶媒に溶解させることで、PZT前駆体ゾルゲル溶液を作製する。酢酸鉛三水和物、ジルコニウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物の混合量は、所望のPZTの組成(PbZrOとPbTiOの比率)に応じて、当業者が適宜選択できるものである。なお、金属アルコキシド化合物は、大気中の水分により容易に分解する。そのため、PZT前駆体ゾルゲル溶液に、安定剤としてアセチルアセトン、酢酸、ジエタノールアミン等を添加してもよい。 When PZT is used as the electromechanical conversion film 42, lead acetate trihydrate, zirconium alkoxide compound, or titanium alkoxide compound may be used as a starting material. These starting materials are dissolved in a common solvent to produce a PZT precursor sol-gel solution. The mixing amount of lead acetate trihydrate, zirconium alkoxide compound, and titanium alkoxide compound can be appropriately selected by those skilled in the art according to the desired composition of PZT (ratio of PbZrO 3 and PbTiO 3 ). Note that the metal alkoxide compound is easily decomposed by moisture in the atmosphere. Therefore, acetylacetone, acetic acid, diethanolamine or the like may be added as a stabilizer to the PZT precursor sol-gel solution.

電気機械変換膜42の材料として、例えば、チタン酸バリウム等を用いても構わない。この場合は、バリウムアルコキシド化合物、チタンアルコキシド化合物を出発材料にし、共通溶媒に溶解させることでチタン酸バリウム前駆体ゾルゲル溶液を作製することが可能である。又、例えば、チタン酸バリウムとビスマスペロブスカイトの固溶体等を用いても構わない。   As a material of the electromechanical conversion film 42, for example, barium titanate or the like may be used. In this case, a barium titanate precursor sol-gel solution can be prepared by using a barium alkoxide compound and a titanium alkoxide compound as starting materials and dissolving them in a common solvent. Further, for example, a solid solution of barium titanate and bismuth perovskite may be used.

これら材料は一般式ABOで記述され、A=Pb、Ba、Sr、Bi B=Ti、Zr、Sn、Ni、Zn、Mg、Nbを主成分とする複合酸化物が該当する。その具体的な記述として(Pb1−x、Ba)(Zr、Ti)O、(Pb1−x、Sr)(Zr、Ti)O、と表され、これはAサイトのPbを一部BaやSrで置換した場合である。このような置換は2価の元素であれば可能であり、その効果は熱処理中の鉛の蒸発による特性劣化を低減させる作用を示す。 These materials are described by the general formula ABO 3, A = Pb, Ba , Sr, Bi B = Ti, Zr, Sn, Ni, Zn, Mg, composite oxide corresponds mainly composed of Nb. The specific description is expressed as (Pb 1-x , Ba) (Zr, Ti) O 3 , (Pb 1-x , Sr) (Zr, Ti) O 3 , which is the same as Pb of the A site. This is a case where the part Ba or Sr is substituted. Such substitution is possible with a divalent element, and the effect thereof has an effect of reducing characteristic deterioration due to evaporation of lead during heat treatment.

電気機械変換膜42は、例えば、スパッタ法、ゾルゲル法等の溶液塗布法を用いて、前駆体塗膜を下部電極上に形成し、該前駆体塗膜に対して、溶媒乾燥、熱分解、結晶化等の熱処理を施すことで形成することができる。一般的に、前駆体塗膜から結晶化膜への変態には体積収縮が伴うので、クラックフリーな膜を得るためには一度の工程で、100nm以下の膜厚となるように、前駆体ゾルゲル溶液の濃度調整を行うことが好ましい。   The electromechanical conversion film 42 is formed by, for example, using a solution coating method such as a sputtering method or a sol-gel method to form a precursor coating on the lower electrode, and solvent drying, thermal decomposition, It can be formed by heat treatment such as crystallization. In general, since transformation from a precursor coating to a crystallized film involves volume shrinkage, a precursor sol-gel is formed so that a film thickness of 100 nm or less is obtained in one step in order to obtain a crack-free film. It is preferable to adjust the concentration of the solution.

電気機械変換膜42の膜厚は、約0.5μm〜5μmであることが好ましく、約1μm〜2μmであることが、より好ましい。この範囲より小さいと十分な変位量を得られない。この範囲より大きいと工程数が多くなりプロセス時間が長くなる。   The thickness of the electromechanical conversion film 42 is preferably about 0.5 μm to 5 μm, and more preferably about 1 μm to 2 μm. If it is smaller than this range, a sufficient amount of displacement cannot be obtained. If it is larger than this range, the number of steps increases and the process time becomes longer.

電気機械変換膜42の比誘電率は、600以上2000以下であることが好ましく、200以上1600以下であることが、より好ましい。   The relative dielectric constant of the electromechanical conversion film 42 is preferably 600 or more and 2000 or less, and more preferably 200 or more and 1600 or less.

上部電極41は、下部電極43と同様に、金属膜と酸化物膜との積層膜から成ることが好ましい。金属材料及び酸化物材料としては、下部電極43と同様の材料を用いることができる。金属膜の膜厚は、約30nm〜200nmであることが好ましく、約50nm〜120nmであることが、より好ましい。酸化物膜の膜厚は、約20nm〜80nmであることが好ましく、約40nm〜60nmであることが、より好ましい。   Similar to the lower electrode 43, the upper electrode 41 is preferably composed of a laminated film of a metal film and an oxide film. As the metal material and the oxide material, the same material as that of the lower electrode 43 can be used. The thickness of the metal film is preferably about 30 nm to 200 nm, and more preferably about 50 nm to 120 nm. The thickness of the oxide film is preferably about 20 nm to 80 nm, and more preferably about 40 nm to 60 nm.

第1の絶縁保護膜51の材料としては、大気中の水分が透過し難い緻密な無機材料等を用いることが好ましい。このような材料を用いることで、成膜工程、及びエッチング工程中における、電気機械変換素子44へのダメージを防ぐことができる。又、第1の絶縁保護膜51の材料としては、薄膜で高い保護性能を有する材料を用いることが好ましい。具体的には、酸化物、窒化物、炭化物、等が挙げられる。又、第1の絶縁保護膜51の材料としては、電極、電気機械変換膜、基板、振動板、等と密着性が高い材料を用いることが好ましい。具体的には、Al、ZrO、Y、Ta、TiO等の酸化物材料が挙げられる。これらの酸化物材料を用いることで、ALD(Atomic Layer Deposition)法によるプロセス中のダメージを抑制し、膜密度の非常に高い第1の絶縁保護膜51を作製することができる。 As the material of the first insulating protective film 51, it is preferable to use a dense inorganic material or the like that is difficult to transmit moisture in the atmosphere. By using such a material, it is possible to prevent damage to the electromechanical conversion element 44 during the film forming process and the etching process. Further, as the material of the first insulating protective film 51, it is preferable to use a thin film material having high protection performance. Specific examples include oxides, nitrides, carbides, and the like. Further, as the material of the first insulating protective film 51, it is preferable to use a material having high adhesion to an electrode, an electromechanical conversion film, a substrate, a vibration plate, or the like. Specifically, Al 2 O 3, ZrO 2 , Y 2 O 3, Ta 2 O 3, the oxide material of the TiO 2 and the like. By using these oxide materials, it is possible to suppress damage during the process by the ALD (Atomic Layer Deposition) method and to produce the first insulating protective film 51 having a very high film density.

第1の絶縁保護膜51は、例えば、蒸着法、ALD法等の方法により形成することができる。   The first insulating protective film 51 can be formed by, for example, a vapor deposition method, an ALD method, or the like.

第1の絶縁保護膜51の膜厚は、圧電素子108の保護層としての機能を、十分に確保できる程度に厚くする必要があり、且つ振動板30の機械的変位を阻害しない程度に薄くする必要がある。このため、膜厚は、約20nm〜100nmであることが好ましい。なお、膜厚が100nmより厚い場合、振動板30の機械的変位は阻害され、液滴吐出ヘッド1の吐出効率は悪化する。一方、膜厚が20nmより薄い場合、圧電素子108の性能が悪化する。   The film thickness of the first insulating protective film 51 needs to be thick enough to ensure the function as a protective layer of the piezoelectric element 108 and thin enough not to hinder the mechanical displacement of the diaphragm 30. There is a need. For this reason, the film thickness is preferably about 20 nm to 100 nm. When the film thickness is greater than 100 nm, the mechanical displacement of the diaphragm 30 is hindered, and the discharge efficiency of the droplet discharge head 1 is deteriorated. On the other hand, when the film thickness is thinner than 20 nm, the performance of the piezoelectric element 108 deteriorates.

第1の絶縁保護膜51は、2層の積層構造であっても良い。この場合、1層目の絶縁保護膜の膜厚を、2層目の絶縁保護膜の膜厚と比較して厚くすることが好ましい。1層目の絶縁保護膜の膜厚は、約20nm以上であることが好ましい。又、2層目の絶縁保護膜の膜厚は、下部電極43、個別電極PAD58等に印加される電界によって、絶縁破壊されない程度に厚くすることが好ましい。即ち、2層目の絶縁保護膜の膜厚は、約200nm以上であることが好ましく、約500nm以上であることが、より好ましい。   The first insulating protective film 51 may have a two-layer structure. In this case, it is preferable that the thickness of the first insulating protective film is larger than the thickness of the second insulating protective film. The thickness of the first insulating protective film is preferably about 20 nm or more. Further, it is preferable that the thickness of the second insulating protective film is increased to such an extent that dielectric breakdown is not caused by an electric field applied to the lower electrode 43, the individual electrode PAD58, and the like. That is, the thickness of the second insulating protective film is preferably about 200 nm or more, and more preferably about 500 nm or more.

2層目の絶縁保護膜の材料としては、酸化物、窒化物、炭化物、又はこれらの複合化合物等を用いることができる。特に、酸化シリコンを用いることが好ましい。   As a material for the second-layer insulating protective film, an oxide, a nitride, a carbide, a composite compound thereof, or the like can be used. In particular, it is preferable to use silicon oxide.

2層目の絶縁保護膜は、公知の成膜方法を用いることができ、例えば、CVD法、スパッタリング法等が挙げられる。電極が形成される部分に生じる段差を考慮した場合、等方的な成膜が可能であるCVD法を用いることが、より好ましい。   A known film formation method can be used for the second insulating protective film, and examples thereof include a CVD method and a sputtering method. In consideration of a step generated in a portion where an electrode is formed, it is more preferable to use a CVD method capable of isotropic film formation.

第2の絶縁保護膜54の材料としては、透湿性の低い、無機材料又は有機材料を用いることができる。膜厚が薄い場合であっても、十分な配線保護機能を有する無機材料を用いることが、より好ましい。無機材料として、具体的には、酸化物、窒化物、炭化物等が挙げられる。特に、Siを用いることが好ましい。有機材料として、具体的には、ポリイミド、アクリル樹脂、ウレタン樹脂等が挙げられる。 As a material of the second insulating protective film 54, an inorganic material or an organic material having low moisture permeability can be used. Even when the film thickness is thin, it is more preferable to use an inorganic material having a sufficient wiring protection function. Specific examples of the inorganic material include oxides, nitrides, and carbides. In particular, it is preferable to use Si 3 N 4 . Specific examples of the organic material include polyimide, acrylic resin, and urethane resin.

第2の絶縁保護膜54の膜厚は、約200nm以上とすることが好ましく、約500nm以上とすることがより好ましい。   The thickness of the second insulating protective film 54 is preferably about 200 nm or more, and more preferably about 500 nm or more.

なお、第2の絶縁保護膜54の膜厚が、薄すぎると、保護層として十分に機能することができないため、配線材料の腐食による断線が発生し、液滴吐出ヘッド1の吐出信頼性が低下する。厚すぎると、振動板31の機械的変位を阻害してしまう。   Note that if the thickness of the second insulating protective film 54 is too thin, it cannot function as a protective layer sufficiently, so that disconnection occurs due to corrosion of the wiring material, and the discharge reliability of the droplet discharge head 1 is improved. descend. If it is too thick, mechanical displacement of the diaphragm 31 will be hindered.

第1の電極52及び第2の電極53の材料としては、金属等を用いることができる。具体的には、銅(Cu)、アルミニウム(Al)、金(Au)、プラチナ(Pt)、イリジウム(Ir)等の金属や、銀(Ag)を含む合金材料、アルミニウム(Al)を主成分とする合金材料等を用いることができる。   As a material of the first electrode 52 and the second electrode 53, a metal or the like can be used. Specifically, copper (Cu), aluminum (Al), gold (Au), platinum (Pt), iridium (Ir) and other metals, alloy materials containing silver (Ag), and aluminum (Al) as the main component An alloy material or the like can be used.

第1の電極52及び第2の電極53は、例えば、スパッタ法、スピンコート法等を用いて形成することができる。   The first electrode 52 and the second electrode 53 can be formed using, for example, a sputtering method, a spin coating method, or the like.

第1の電極52及び第2の電極53の膜厚は、約0.1μm〜20μmであることが好ましく、約0.2μm〜10μmであることが、より好ましい。なお、膜厚が、薄すぎると第1の電極52及び第2の電極53の抵抗が大きくなり、十分な電流を流すことができなくなるため、液滴吐出ヘッド1の吐出信頼性が低下する。一方、膜厚が、厚すぎると成膜時間が長くなる。   The film thicknesses of the first electrode 52 and the second electrode 53 are preferably about 0.1 μm to 20 μm, and more preferably about 0.2 μm to 10 μm. If the film thickness is too thin, the resistances of the first electrode 52 and the second electrode 53 increase, and a sufficient current cannot flow, so that the ejection reliability of the droplet ejection head 1 decreases. On the other hand, if the film thickness is too thick, the film formation time becomes long.

第1の電極52の、コンタクトホール(例えば、10μm×10μm)56での接触抵抗は、10Ω以下であることが好ましく、5Ω以下であることがより好ましい。   The contact resistance of the first electrode 52 at a contact hole (for example, 10 μm × 10 μm) 56 is preferably 10Ω or less, and more preferably 5Ω or less.

第2の電極53の、コンタクトホール(例えば、10μm×10μm)56での接触抵抗は、1Ω以下であることが好ましく、0.5Ω以下であることがより好ましい。   The contact resistance of the second electrode 53 at a contact hole (for example, 10 μm × 10 μm) 56 is preferably 1Ω or less, and more preferably 0.5Ω or less.

液滴吐出ヘッド1及び液滴吐出ヘッド2に、分極処理装置100により分極処理が施された圧電素子108を用いることで、液滴吐出ヘッドの吐出信頼性を高められる。   By using the piezoelectric element 108 that has been polarized by the polarization processing apparatus 100 for the droplet ejection head 1 and the droplet ejection head 2, ejection reliability of the droplet ejection head can be improved.

〈第3の実施の形態〉
本実施の形態では、液滴吐出ヘッド1(図11参照)を搭載したインクジェット記録装置の例を示す。図15は、インクジェット記録装置を例示する斜視図である。図16は、インクジェット記録装置の機構部を例示する側面図である。
<Third Embodiment>
In the present embodiment, an example of an ink jet recording apparatus equipped with a droplet discharge head 1 (see FIG. 11) is shown. FIG. 15 is a perspective view illustrating an ink jet recording apparatus. FIG. 16 is a side view illustrating the mechanism unit of the ink jet recording apparatus.

図15及び図16を参照するに、インクジェット記録装置4は、記録装置本体81の内部に主走査方向に移動可能なキャリッジ93、キャリッジ93に搭載した液滴吐出ヘッド1の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド94、インクジェット記録ヘッド94へインクを供給するインクカートリッジ95等で構成される印字機構部82等を収納する。   Referring to FIGS. 15 and 16, the inkjet recording apparatus 4 is an inkjet that is an embodiment of a droplet 93 that is movable in the main scanning direction inside the recording apparatus main body 81 and the droplet discharge head 1 mounted on the carriage 93. A printing mechanism 82 including an ink cartridge 95 that supplies ink to the recording head 94 and the ink jet recording head 94 is accommodated.

記録装置本体81の下方部には、多数枚の用紙83を積載可能な給紙カセット84(或いは給紙トレイでもよい)を抜き差し自在に装着することができる。又、用紙83を手差しで給紙するための手差しトレイ85を開倒することができる。給紙カセット84或いは手差しトレイ85から給送される用紙83を取り込み、印字機構部82によって所要の画像を記録した後、後面側に装着された排紙トレイ86に排紙する。   A paper feed cassette 84 (or a paper feed tray) on which a large number of sheets 83 can be stacked can be detachably attached to the lower portion of the recording apparatus main body 81. Further, the manual feed tray 85 for manually feeding the paper 83 can be turned over. The paper 83 fed from the paper feed cassette 84 or the manual feed tray 85 is taken in, and after a required image is recorded by the printing mechanism unit 82, the paper is discharged to a paper discharge tray 86 mounted on the rear side.

印字機構部82は、図示しない左右の側板に横架したガイド部材である主ガイドロッド91と従ガイドロッド92とでキャリッジ93を主走査方向に摺動自在に保持する。キャリッジ93にはイエロー(Y)、シアン(C)、マゼンタ(M)、ブラック(Bk)の各色のインク滴を吐出するインクジェット記録ヘッド94を、複数のインク吐出口(ノズル)を主走査方向と交差する方向に配列し、インク滴吐出方向を下方に向けて装着している。又、キャリッジ93は、インクジェット記録ヘッド94に各色のインクを供給するための各インクカートリッジ95を交換可能に装着している。   The printing mechanism 82 holds the carriage 93 slidably in the main scanning direction with a main guide rod 91 and a sub guide rod 92 which are guide members horizontally mounted on left and right side plates (not shown). The carriage 93 has an inkjet recording head 94 that ejects ink droplets of yellow (Y), cyan (C), magenta (M), and black (Bk), and a plurality of ink ejection ports (nozzles) in the main scanning direction. They are arranged in the intersecting direction and mounted with the ink droplet ejection direction facing downward. Further, the carriage 93 is mounted with replaceable ink cartridges 95 for supplying ink of each color to the ink jet recording head 94.

インクカートリッジ95は、上方に大気と連通する図示しない大気口、下方にはインクジェット記録ヘッド94へインクを供給する図示しない供給口を、内部にはインクが充填された図示しない多孔質体を有している。多孔質体の毛管力によりインクジェット記録ヘッド94へ供給されるインクをわずかな負圧に維持している。又、インクジェット記録ヘッド94としてここでは各色のヘッドを用いているが、各色のインク滴を吐出するノズルを有する1個のヘッドを用いてもよい。   The ink cartridge 95 has an air port (not shown) that communicates with the atmosphere above, an air port (not shown) that supplies ink to the ink jet recording head 94 below, and a porous body (not shown) filled with ink inside. ing. The ink supplied to the inkjet recording head 94 is maintained at a slight negative pressure by the capillary force of the porous body. Further, although the respective color heads are used here as the ink jet recording head 94, one head having nozzles for ejecting ink droplets of each color may be used.

キャリッジ93は、用紙搬送方向下流側を主ガイドロッド91に摺動自在に嵌装し、用紙搬送方向上流側を従ガイドロッド92に摺動自在に載置している。そして、このキャリッジ93を主走査方向に移動走査するため、主走査モータ97で回転駆動される駆動プーリ98と従動プーリ99との間にタイミングベルト100を張装し、主走査モータ97の正逆回転によりキャリッジ93が往復駆動される。タイミングベルト100は、キャリッジ93に固定されている。   The carriage 93 is slidably fitted to the main guide rod 91 on the downstream side in the paper conveyance direction, and is slidably mounted on the sub guide rod 92 on the upstream side in the paper conveyance direction. In order to move and scan the carriage 93 in the main scanning direction, a timing belt 100 is stretched between a driving pulley 98 and a driven pulley 99 that are rotationally driven by the main scanning motor 97, so that the main scanning motor 97 is forward / reverse. The carriage 93 is reciprocated by the rotation. The timing belt 100 is fixed to the carriage 93.

又、インクジェット記録装置4は、給紙カセット84から用紙83を分離給装する給紙ローラ101、フリクションパッド102、用紙83を案内するガイド部材103、給紙された用紙83を反転させて搬送する搬送ローラ104、この搬送ローラ104の周面に押し付けられる搬送コロ105、搬送ローラ104からの用紙83の送り出し角度を規定する先端コロ106、を設けている。これにより、給紙カセット84にセットした用紙83を、インクジェット記録ヘッド94の下方側に搬送される。搬送ローラ104は副走査モータ107によってギヤ列を介して回転駆動される。   Further, the ink jet recording apparatus 4 reverses and feeds the paper feed roller 101 for separating and feeding the paper 83 from the paper feed cassette 84, the friction pad 102, the guide member 103 for guiding the paper 83, and the fed paper 83. A conveyance roller 104, a conveyance roller 105 that is pressed against the circumferential surface of the conveyance roller 104, and a leading end roller 106 that defines a feeding angle of the sheet 83 from the conveyance roller 104 are provided. Thus, the paper 83 set in the paper feed cassette 84 is conveyed to the lower side of the ink jet recording head 94. The transport roller 104 is rotationally driven by a sub-scanning motor 107 through a gear train.

用紙ガイド部材である印写受け部材109は、キャリッジ93の主走査方向の移動範囲に対応して搬送ローラ104から送り出された用紙83をインクジェット記録ヘッド94の下方側で案内する。この印写受け部材109の用紙搬送方向下流側には、用紙83を排紙方向へ送り出すために回転駆動される搬送コロ111、拍車112を設けている。更に、用紙83を排紙トレイ86に送り出す排紙ローラ113及び拍車114と、排紙経路を形成するガイド部材115、116とを配設している。   The printing receiving member 109 which is a paper guide member guides the paper 83 sent out from the conveying roller 104 corresponding to the movement range of the carriage 93 in the main scanning direction on the lower side of the ink jet recording head 94. On the downstream side of the printing receiving member 109 in the sheet conveyance direction, a conveyance roller 111 and a spur 112 that are rotationally driven to send out the sheet 83 in the sheet discharge direction are provided. Further, a paper discharge roller 113 and a spur 114 for sending the paper 83 to the paper discharge tray 86, and guide members 115 and 116 for forming a paper discharge path are provided.

画像記録時には、キャリッジ93を移動させながら画像信号に応じてインクジェット記録ヘッド94を駆動することにより、停止している用紙83にインクを吐出して1行分を記録し、用紙83を所定量搬送後次の行の記録を行う。記録終了信号又は用紙83の後端が記録領域に到達した信号を受けることにより、記録動作を終了させ用紙83を排紙する。   During image recording, the inkjet recording head 94 is driven in accordance with the image signal while moving the carriage 93, thereby ejecting ink onto the stopped paper 83 to record one line and transporting the paper 83 by a predetermined amount. After that, the next line is recorded. Upon receiving a recording end signal or a signal that the trailing end of the paper 83 reaches the recording area, the recording operation is terminated and the paper 83 is discharged.

キャリッジ93の移動方向右端側の記録領域を外れた位置には、インクジェット記録ヘッド94の吐出不良を回復するための回復装置117を有する。回復装置117はキャップ手段と吸引手段とクリーニング手段を有する。キャリッジ93は、印字待機中に回復装置117側に移動されてキャッピング手段でインクジェット記録ヘッド94をキャッピングされ、吐出口部を湿潤状態に保つことによりインク乾燥による吐出不良を防止する。又、記録途中等に、記録と関係しないインクを吐出することにより、全ての吐出口のインク粘度を一定にし、安定した吐出性能を維持する。   A recovery device 117 for recovering defective ejection of the inkjet recording head 94 is provided at a position outside the recording area on the right end side in the movement direction of the carriage 93. The recovery device 117 includes a cap unit, a suction unit, and a cleaning unit. The carriage 93 is moved to the recovery device 117 side during printing standby, and the ink jet recording head 94 is capped by the capping unit, and the ejection port portion is kept in a wet state to prevent ejection failure due to ink drying. Further, by ejecting ink not related to recording during recording or the like, the ink viscosity of all the ejection ports is made constant, and stable ejection performance is maintained.

吐出不良が発生した場合等には、キャッピング手段でインクジェット記録ヘッド94の吐出口を密封し、チューブを通して吸引手段で吐出口からインクとともに気泡等を吸い出す。又、吐出口面に付着したインクやゴミ等はクリーニング手段により除去され吐出不良が回復される。更に、吸引されたインクは、本体下部に設置された図示しない廃インク溜に排出され、廃インク溜内部のインク吸収体に吸収保持される。   When ejection failure occurs, the ejection port of the ink jet recording head 94 is sealed with a capping unit, and bubbles and the like are sucked out from the ejection port with the suction unit through the tube. Also, ink or dust adhering to the ejection port surface is removed by the cleaning means, and the ejection failure is recovered. Further, the sucked ink is discharged to a waste ink reservoir (not shown) installed at the lower part of the main body and absorbed and held by an ink absorber inside the waste ink reservoir.

このように、インクジェット記録装置4においては、薄膜製造装置3で製造した液滴吐出ヘッド1の一実施形態であるインクジェット記録ヘッド94を搭載しているので、振動板駆動不良によるインク滴吐出不良がなく、安定したインク滴吐出特性が得られるため、画像品質を向上できる。   As described above, since the inkjet recording head 94 which is an embodiment of the droplet discharge head 1 manufactured by the thin film manufacturing apparatus 3 is mounted in the inkjet recording apparatus 4, ink droplet discharge failure due to vibration plate drive failure occurs. In addition, since stable ink droplet ejection characteristics can be obtained, image quality can be improved.

〈実施例1〉
本実施例では、5種類の異なるステージ電極を作製した。各ステージ電極を、サンプル1〜サンプル5とした。ステージ電極の形状を変更しても、圧電素子に適切な分極処理が施されるか評価した。ステージ電極のレイアウトは、図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせた。圧電素子とステージは、貫通孔に設置した位置決めピンで固定した。この場合、別途圧電素子固定機能を、ステージに設置する必要がないため、圧電素子をステージ上に、比較的自由に載置できる。
<Example 1>
In this example, five different stage electrodes were produced. Each stage electrode was set to Sample 1 to Sample 5. Even if the shape of the stage electrode was changed, it was evaluated whether an appropriate polarization treatment was performed on the piezoelectric element. The layout of the stage electrodes was matched to the layout of the piezoelectric elements shown in FIG. The piezoelectric element and the stage were fixed with positioning pins installed in the through holes. In this case, since it is not necessary to separately provide a piezoelectric element fixing function on the stage, the piezoelectric element can be mounted relatively freely on the stage.

[サンプル1]
サンプル1を図18に示す。図18(A)は、上面図であり、図18(B)は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。
[Sample 1]
Sample 1 is shown in FIG. 18A is a top view and FIG. 18B is a cross-sectional view. A stage in which the shape of the opening of the through hole is a regular hexagon was used.

図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドAを、複数挿入し、金属ロッドAの下面と、一面に形成した共通電極Bとを接触させることにより、ステージ電極を形成した。金属ロッドAの材料としては、銅を用いた。共通電極Bの材料としては、銅を用いた。   In accordance with the layout of the piezoelectric element shown in FIG. 17, a plurality of removable metal rods A are inserted into the through holes, and the lower surface of the metal rod A and the common electrode B formed on one surface are brought into contact with each other. An electrode was formed. As a material for the metal rod A, copper was used. As a material for the common electrode B, copper was used.

[サンプル2]
サンプル2を図19に示す。図19(A)は、上面図であり、図19(B)は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。
[Sample 2]
Sample 2 is shown in FIG. FIG. 19A is a top view and FIG. 19B is a cross-sectional view. A stage in which the shape of the opening of the through hole is a regular hexagon was used.

貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドAを複数挿入した。サンプル1と比べて、挿入する金属ロッドAの数を減らした。又、図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Cを配設し、金属ロッドAと電極板Cとを導電性ペーストで接着した。又、金属ロッドAの下面と、一面に形成した共通電極Bとを接触させることにより、ステージ電極を形成した。電極板Cの材料としては、銅を用いた。   A plurality of removable metal rods A were inserted into the through holes. Compared to sample 1, the number of metal rods A to be inserted was reduced. Further, an electrode plate C was disposed in accordance with the layout of the piezoelectric element shown in FIG. 17, and the metal rod A and the electrode plate C were bonded with a conductive paste. A stage electrode was formed by bringing the lower surface of the metal rod A into contact with the common electrode B formed on one surface. As the material of the electrode plate C, copper was used.

[サンプル3]
サンプル3を図20に示す。図20(A)は、上面図であり、図20(B)は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。
[Sample 3]
Sample 3 is shown in FIG. 20A is a top view and FIG. 20B is a cross-sectional view. A stage in which the shape of the opening of the through hole is a regular hexagon was used.

貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドAを複数挿入した。サンプル1と比べて、挿入する金属ロッドAの数を減らした。又、図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Cを配設し、金属ロッドAと電極板Cとを導電性ペーストで接着した。又、金属ロッドAの下面と、貫通孔の各列に対して個別に多列化して形成した共通電極B(図20(C)参照)とを接触させることにより、ステージ電極を形成した。   A plurality of removable metal rods A were inserted into the through holes. Compared to sample 1, the number of metal rods A to be inserted was reduced. Further, an electrode plate C was disposed in accordance with the layout of the piezoelectric element shown in FIG. 17, and the metal rod A and the electrode plate C were bonded with a conductive paste. Further, the stage electrode was formed by bringing the lower surface of the metal rod A into contact with the common electrode B (see FIG. 20C) formed in multiple rows for each row of through holes.

[サンプル4]
サンプル4を図21に示す。図21(A)は、上面図であり、図21(B)は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。
[Sample 4]
Sample 4 is shown in FIG. FIG. 21A is a top view, and FIG. 21B is a cross-sectional view. A stage in which the shape of the opening of the through hole is a regular hexagon was used.

貫通孔に、金属ロッドを絶縁体で覆ったロッドDを複数挿入した。ロッドDの上端部には、正六角形の電極ケーブル(図示せず)を取り付け、ロッドDの下端部には、電極ケーブルEを取り付けた。又、図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Cを配設し、正六角形の電極ケーブルと電極板Cとを導電性ペーストで接着することにより、ステージ電極を形成した。   A plurality of rods D with metal rods covered with an insulator were inserted into the through holes. A regular hexagonal electrode cable (not shown) was attached to the upper end of the rod D, and an electrode cable E was attached to the lower end of the rod D. Further, in accordance with the layout of the piezoelectric element shown in FIG. 17, an electrode plate C is disposed, and a regular hexagonal electrode cable and the electrode plate C are bonded with a conductive paste to form a stage electrode.

[サンプル5]
サンプル5を図22に示す。図22(A)は、上面図であり、図22(B)は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、円形であるステージを利用した。
[Sample 5]
Sample 5 is shown in FIG. 22A is a top view and FIG. 22B is a cross-sectional view. A stage in which the shape of the opening of the through hole was circular was used.

貫通孔に、金属ロッドを絶縁体で覆ったロッドDを複数挿入した。ロッドDの上端部には、円形の電極ケーブル(図示せず)を取り付け、ロッドDの下端部には、電極ケーブルEを取り付けた。又、図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Cを配設し、正六角形の電極ケーブルと電極板Cとを導電性ペーストで接着することにより、ステージ電極を形成した。   A plurality of rods D with metal rods covered with an insulator were inserted into the through holes. A circular electrode cable (not shown) was attached to the upper end of the rod D, and an electrode cable E was attached to the lower end of the rod D. Further, in accordance with the layout of the piezoelectric element shown in FIG. 17, an electrode plate C is disposed, and a regular hexagonal electrode cable and the electrode plate C are bonded with a conductive paste to form a stage electrode.

[圧電素子の作製]
次に、ステージに載置する圧電素子を作製した。
[Production of piezoelectric elements]
Next, a piezoelectric element to be placed on the stage was produced.

まず、6インチのシリコンウェハに、熱酸化膜(膜厚1μm)を形成した。本実施例では、主に(100)面の面方位を有する単結晶シリコンウェハを使用した。   First, a thermal oxide film (film thickness: 1 μm) was formed on a 6-inch silicon wafer. In this example, a single crystal silicon wafer having a (100) plane orientation was mainly used.

次に、密着層として、チタン膜(膜厚30nm)を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、350℃とした。なお、スパッタ装置は、1つのチャンバーに対して、複数のターゲットが備え付けられている。   Next, a titanium film (film thickness: 30 nm) was formed as an adhesion layer using a sputtering apparatus. The film forming temperature was 350 ° C. Note that the sputtering apparatus is provided with a plurality of targets for one chamber.

次に、RTA(Rapid Thermal Annealing)装置を用いて、750℃で、チタン膜に対して熱酸化を行った。   Next, thermal oxidation was performed on the titanium film at 750 ° C. using an RTA (Rapid Thermal Annealing) apparatus.

次に、第1の電極として、白金膜(膜厚100nm)を、SRO膜(膜厚50nm)を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、550℃とした。   Next, as a first electrode, a platinum film (film thickness: 100 nm) and an SRO film (film thickness: 50 nm) were formed using a sputtering apparatus. The film forming temperature was 550 ° C.

次に、PZT前駆体溶液を作製するための、出発材料を準備した。出発材料としては、酢酸鉛三水和物、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムを用いた。酢酸鉛の結晶水を、メトキシエタノールに溶解した溶液を脱水した。   Next, a starting material for preparing a PZT precursor solution was prepared. As starting materials, lead acetate trihydrate, isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were used. A solution of lead acetate crystal water dissolved in methoxyethanol was dehydrated.

なお、これらの出発材料は、Pb(Zr0.53、Ti0.47)Oの化学両論組成に対し、鉛量が過剰になる組成となるように秤量した。これは、熱処理中の所謂、鉛抜けによる結晶性低下を防ぐためである。 These starting materials were weighed so that the lead amount would be excessive with respect to the stoichiometric composition of Pb (Zr 0.53 , Ti 0.47 ) O 3 . This is to prevent so-called crystallinity degradation due to lead loss during heat treatment.

次に、イソプロポキシドチタン、イソプロポキシドジルコニウムをメトキシエタノールに溶解した溶液に対して、アルコール交換反応、及びエステル化反応を進行させた。   Next, an alcohol exchange reaction and an esterification reaction were allowed to proceed with a solution in which isopropoxide titanium and isopropoxide zirconium were dissolved in methoxyethanol.

次に、これらの溶液を、混合し、PZT前駆体溶液を作製した。PZT前駆体溶液は、0.5mol/lとした。又、PZT前駆体溶液において、Pb、Zr、Ti、それぞれの組成比が、Pb:Zr:Ti=114:53:47となる様に調整した。   Next, these solutions were mixed to prepare a PZT precursor solution. The PZT precursor solution was 0.5 mol / l. In the PZT precursor solution, the composition ratios of Pb, Zr, and Ti were adjusted to be Pb: Zr: Ti = 114: 53: 47.

次に、電気機械変換膜として、PZT前駆体溶液を、スピンコート法により、成膜した。   Next, as an electromechanical conversion film, a PZT precursor solution was formed by spin coating.

次に、シリコンウェハを、ホットプレートに載せ、シリコンウェハ下面より第1の加熱処理を行った。昇温速度を、10℃/minとして、室温から120℃まで温度上昇させた。ホットプレートの温度が、120℃に到達した後も、溶液が乾燥するまで、加熱処理を行った。次に、第2の加熱処理を行った。500℃での加熱処理を行うことで、前駆体塗膜に含まれる有機物の熱分解処理を行った。次に、第3の加熱処理(結晶化処理)を行った。RTA装置を用いて、750℃の急速加熱処理を行うことで、加熱処理された前駆体塗膜を結晶化させた。結晶化処理された前駆体塗膜の膜厚は、240nmであった。   Next, the silicon wafer was placed on a hot plate, and a first heat treatment was performed from the lower surface of the silicon wafer. The temperature increase rate was 10 ° C./min, and the temperature was increased from room temperature to 120 ° C. Even after the temperature of the hot plate reached 120 ° C., heat treatment was performed until the solution was dried. Next, a second heat treatment was performed. By performing the heat treatment at 500 ° C., the organic substance contained in the precursor coating film was thermally decomposed. Next, third heat treatment (crystallization treatment) was performed. The heat-treated precursor coating film was crystallized by performing a rapid heat treatment at 750 ° C. using an RTA apparatus. The film thickness of the crystallized precursor coating film was 240 nm.

次に、PZT前駆体溶液の成膜、加熱処理、という工程を8回繰り返し行った。この結果、膜厚約2μmのPZT膜が得られた。   Next, the process of film formation of PZT precursor solution and heat treatment was repeated 8 times. As a result, a PZT film having a thickness of about 2 μm was obtained.

次に、第2の電極として、SRO膜(膜厚40nm)を、白金膜(膜厚125nm)を、スパッタ装置にて成膜した。成膜温度は、550℃とした。   Next, as a second electrode, an SRO film (film thickness: 40 nm) and a platinum film (film thickness: 125 nm) were formed using a sputtering apparatus. The film forming temperature was 550 ° C.

次に、東京応化社製フォトレジスト(TSMR8800)をスピンコート法で成膜し、公知のフォトリソグラフィ法により、レジストパターンを形成した(図○参照)。レジストパターンに基づき、ICPエッチング装置(サムコ製)を用いてドライエッチングを行った。   Next, a photoresist (TSMR8800) manufactured by Tokyo Ohka Co., Ltd. was formed by spin coating, and a resist pattern was formed by a known photolithography method (see FIG. ○). Based on the resist pattern, dry etching was performed using an ICP etching apparatus (manufactured by Samco).

次に、第1の絶縁保護膜として、ALD法により、Al膜(膜厚50nm)を、成膜した。Alについては、TMA(シグマアルドリッチ社)と、Oについては、オゾンジェネレーターによって発生させたOとを交互に積層させることで、Al膜の成膜を行った。 Next, an Al 2 O 3 film (film thickness: 50 nm) was formed as the first insulating protective film by ALD. For Al, TMA (Sigma Aldrich) and for O, O 3 generated by an ozone generator was alternately stacked to form an Al 2 O 3 film.

次に、第1の絶縁保護膜に対して、エッチングを行い、コンタクトホールを形成した。   Next, the first insulating protective film was etched to form contact holes.

次に、第3の電極及び第4の電極として、Al膜(膜厚2μm)を、スパッタ装置にて成膜し、該Al膜に対して、エッチングを行った。   Next, an Al film (thickness: 2 μm) was formed as a third electrode and a fourth electrode by a sputtering apparatus, and the Al film was etched.

次に、第2の絶縁保護膜として、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、Si膜(膜厚500nm)を、成膜した。 Next, an Si 3 N 4 film (thickness: 500 nm) was formed as a second insulating protective film by a plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method.

次に、第2の絶縁保護膜に対して、エッチングを行い、コンタクトホールを形成した。   Next, the second insulating protective film was etched to form contact holes.

これにより、圧電素子が作製できた。圧電素子のレイアウトは、図17に示すレイアウトに合わせた。
[分極処理]
サンプル1〜サンプル5のステージ電極を用いて、分極処理装置により作製した圧電素子に対して、分極処理を施した。コロナ電極としては、線径50μmのタングステンのワイヤーを用いた。分極処理条件を表1に示す。
Thereby, the piezoelectric element was able to be produced. The layout of the piezoelectric elements was adjusted to the layout shown in FIG.
[Polarization treatment]
Using the stage electrodes of Samples 1 to 5, polarization processing was performed on the piezoelectric elements manufactured by the polarization processing apparatus. As the corona electrode, a tungsten wire having a wire diameter of 50 μm was used. Table 1 shows the polarization treatment conditions.

サンプル1、2、4、5においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧をフロートとし、サンプル3においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧を50Vとした。その他の分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は8.5kV、グリッド電圧は2.5kV、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は4mm、グリッド電極とステージとの間の距離は4mm、処理温度(ステージの基板加熱温度)は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−100V、とした。 In Samples 1, 2, 4, and 5, the stage voltage where the piezoelectric element was not placed was floated, and in Sample 3, the stage voltage where the piezoelectric element was not placed was 50V. The other polarization treatment conditions are all equal, the corona voltage is 8.5 kV, the grid voltage is 2.5 kV, the distance between the corona electrode and the grid electrode is 4 mm, the distance between the grid electrode and the stage is 4 mm, The processing temperature (stage substrate heating temperature) was room temperature, and the stage voltage of the portion where the piezoelectric element was placed was −100V.

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率(Pr-Pind)が3.0に到達するのに要した時間とした。サンプル1、2、4、5においては、分極処理時間は、20[sec]であり、サンプル3においては、分極処理時間は、15[sec]であった。   The polarization treatment time was the time required for the polarizability (Pr-Pind) to reach 3.0 when the corona discharge treatment was performed. In samples 1, 2, 4, and 5, the polarization processing time was 20 [sec], and in sample 3, the polarization processing time was 15 [sec].

従って、圧電素子が載置されていない部分と、圧電素子が載置されている部分とに、それぞれ逆極性のステージ電圧を印加することで、分極処理時間を短縮できることがわかった。   Therefore, it was found that the polarization processing time can be shortened by applying stage voltages having opposite polarities to the part where the piezoelectric element is not placed and the part where the piezoelectric element is placed.

図23は、サンプル1〜サンプル5におけるP−Eヒステリシス曲線である。残留分極は20[μC/cm]、抗電圧は30[kV/cm]であり、通常のセラミック焼結体と同等の特性を持つことがわかった。又、電気機械変換能は、電圧印加(150kV/cm)による変形量をレーザードップラー振動計で計測し、シミュレーションによる合わせ込みから算出した。圧電定数d31は、150[pm/V]となった。従って、圧電定数も通常のセラミック焼結体と同等の値であることがわかった。この値は、液滴吐出ヘッドに用いられる圧電素子として十分設計できうる特性値である。圧電素子を1×1010回連続駆動させた後であっても、通常のセラミック焼結体と同等の特性値を維持していた。 FIG. 23 is a PE hysteresis curve of Samples 1 to 5. The remanent polarization was 20 [μC / cm 2 ], the coercive voltage was 30 [kV / cm], and it was found that the remanent polarization had the same characteristics as a normal ceramic sintered body. In addition, the electromechanical conversion ability was calculated by measuring the amount of deformation due to voltage application (150 kV / cm) with a laser Doppler vibrometer and fitting by simulation. The piezoelectric constant d31 was 150 [pm / V]. Therefore, it was found that the piezoelectric constant was equivalent to that of an ordinary ceramic sintered body. This value is a characteristic value that can be sufficiently designed as a piezoelectric element used in a droplet discharge head. Even after the piezoelectric element was continuously driven 1 × 10 10 times, the characteristic value equivalent to that of an ordinary ceramic sintered body was maintained.

従って、ステージ電極の形状を変更しても、圧電素子に、適切な分極処理を施すことができることがわかった。   Therefore, it has been found that even if the shape of the stage electrode is changed, the piezoelectric element can be appropriately polarized.

又、粘度を5cpに調整した機能性インクを用いて、単純Pull波形により−10V〜−30Vの印可電圧を加えた時の、液滴吐出ヘッドからの吐出状況を確認した所、全てのノズル孔から、液滴(機能性インク)が安定して吐出されていることを確認できた。   In addition, when functional ink whose viscosity was adjusted to 5 cp was used and the applied voltage of -10 V to -30 V was applied with a simple Pull waveform, the discharge status from the droplet discharge head was confirmed. All nozzle holes Thus, it was confirmed that the liquid droplet (functional ink) was stably ejected.

従って、適切な分極処理が施された圧電素子を使用して形成された液滴吐出ヘッドは、高い吐出信頼性を有することがわかった。   Accordingly, it has been found that a droplet discharge head formed using a piezoelectric element subjected to appropriate polarization processing has high discharge reliability.

〈実施例2〉
本実施例では、サンプル6を作製した。サンプル5のステージ電極と形状は同一とし、正六角形の電極ケーブルと電極板Cとの接着方法を変更した。
<Example 2>
In this example, Sample 6 was produced. The shape of the stage electrode of Sample 5 was the same, and the bonding method between the regular hexagonal electrode cable and the electrode plate C was changed.

貫通孔に電極板吸着機能を持たせ、貫通孔を介して、六角形の電極ケーブルと電極板Cとを真空密着させ固定した。   The through hole was provided with an electrode plate adsorption function, and the hexagonal electrode cable and the electrode plate C were fixed in vacuum through the through hole.

又、圧電素子とステージも、貫通孔を介して、真空密着させ固定した。貫通孔に、圧電素子の吸着機能を持たせることで、圧電素子へのダメージを抑制できると共に、別途圧電素子固定機能を、ステージに設ける必要がないため、圧電素子のレイアウトの自由度を高めることができる。   Also, the piezoelectric element and the stage were fixed in close contact with each other through a through hole. By providing the through-hole with a piezoelectric element adsorption function, damage to the piezoelectric element can be suppressed, and there is no need to provide a separate piezoelectric element fixing function on the stage, thus increasing the degree of freedom of layout of the piezoelectric element. Can do.

分極処理条件を表2に示す。   Table 2 shows the polarization treatment conditions.

サンプル5、6において、分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は8.5kV、グリッド電圧は2.5kV、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は4mm、グリッド電極とステージとの間の距離は4mm、処理温度は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−100V、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧はフロート、とした。 In Samples 5 and 6, the polarization treatment conditions are all equal, the corona voltage is 8.5 kV, the grid voltage is 2.5 kV, the distance between the corona electrode and the grid electrode is 4 mm, and the distance between the grid electrode and the stage is The distance was 4 mm, the processing temperature was room temperature, the stage voltage where the piezoelectric element was placed was -100 V, and the stage voltage where the piezoelectric element was not placed was float.

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率(Pr-Pind)が3.0に到達するのに要した時間とした。サンプル5、6において、分極処理時間は、20[sec]であった。   The polarization treatment time was the time required for the polarizability (Pr-Pind) to reach 3.0 when the corona discharge treatment was performed. In samples 5 and 6, the polarization treatment time was 20 [sec].

従って、六角形の電極ケーブルと電極板Cとを導電性ペーストを用いて接着しても、真空密着させ固定しても、圧電素子に適切な分極処理を施せることがわかった。   Therefore, it was found that the piezoelectric element can be appropriately polarized regardless of whether the hexagonal electrode cable and the electrode plate C are bonded using a conductive paste or are vacuum-adhered and fixed.

〈実施例3〉
本実施例では、サンプル7を作製した。サンプル5のステージ電極と形状は同一としたが、一部のステージ電極にステージ電圧を印加しなかった。ステージ電圧を印加しなかった部分に載置されている圧電素子と、ステージ電圧を印加した部分に載置されている圧電素子とで、圧電素子の分極状態を比較した。
<Example 3>
In this example, Sample 7 was produced. Although the shape was the same as the stage electrode of Sample 5, no stage voltage was applied to some of the stage electrodes. The polarization state of the piezoelectric element was compared between the piezoelectric element placed on the part where the stage voltage was not applied and the piezoelectric element placed on the part where the stage voltage was applied.

図24に示す様に、ステージ電圧を印加しなかった部分に載置されている圧電素子を、モニター素子とした。   As shown in FIG. 24, a piezoelectric element placed on a portion where no stage voltage was applied was used as a monitor element.

モニター素子では分極が発生せず、ステージ電圧を印加した部分に載置されている圧電素子では分極が発生した。従って、圧電素子が載置されている部分のステージ電極に、ステージ電圧を印加しないと、分極処理は、不十分となることがわかった。つまり、ステージ電圧は、圧電素子の分極状態に大きく寄与することが示唆される。   No polarization occurred in the monitor element, and polarization occurred in the piezoelectric element placed on the portion to which the stage voltage was applied. Therefore, it has been found that the polarization treatment becomes insufficient unless a stage voltage is applied to the stage electrode where the piezoelectric element is placed. That is, it is suggested that the stage voltage greatly contributes to the polarization state of the piezoelectric element.

〈実施例4〉
本実施例では、サンプル8を作製した。サンプル8を図25に示す。図25(A)は、上面図であり、図25(B)は、断面図である。貫通孔の開口部の形状が、円形であるステージを利用した。
<Example 4>
In this example, Sample 8 was produced. Sample 8 is shown in FIG. FIG. 25A is a top view and FIG. 25B is a cross-sectional view. A stage in which the shape of the opening of the through hole was circular was used.

貫通孔に、金属ロッドを絶縁体で覆ったロッドDを複数挿入した。ロッドDの上端部には、円形の電極ケーブル(図示せず)を取り付け、ロッドDの下端部には、電極ケーブルEを取り付けた。又、図17に示す圧電素子のレイアウトに合わせて、電極板Cを配設し、円形の電極ケーブルと電極板Cとを導電性ペーストで接着した。又、圧電素子が載置されていない部分に、電極板Fを配設し、円形の電極ケーブルと電極板Cとを導電性ペーストで接着することにより、ステージ電極を形成した。分極処理条件を表3に示す。   A plurality of rods D with metal rods covered with an insulator were inserted into the through holes. A circular electrode cable (not shown) was attached to the upper end of the rod D, and an electrode cable E was attached to the lower end of the rod D. In addition, an electrode plate C was disposed in accordance with the layout of the piezoelectric element shown in FIG. 17, and the circular electrode cable and the electrode plate C were bonded with a conductive paste. In addition, an electrode plate F was disposed on a portion where the piezoelectric element was not placed, and a circular electrode cable and an electrode plate C were bonded with a conductive paste to form a stage electrode. Table 3 shows the polarization treatment conditions.

サンプル5においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧をフロートとし、サンプル8においては、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧を50Vとした。その他の分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は8.5kV、グリッド電圧は2.5kV、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は4mm、グリッド電極とステージとの間の距離は4mm、処理温度は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−100V、とした。 In sample 5, the stage voltage of the portion where the piezoelectric element is not placed is floated, and in sample 8, the stage voltage of the portion where the piezoelectric element is not placed is 50V. The other polarization treatment conditions are all equal, the corona voltage is 8.5 kV, the grid voltage is 2.5 kV, the distance between the corona electrode and the grid electrode is 4 mm, the distance between the grid electrode and the stage is 4 mm, The processing temperature was room temperature, and the stage voltage of the portion where the piezoelectric element was placed was −100V.

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率(Pr-Pind)が3.0に到達するのに要した時間とした。サンプル5においては、分極処理時間は、20[sec]であり、サンプル3においては、分極処理時間は、15[sec]であった。   The polarization treatment time was the time required for the polarizability (Pr-Pind) to reach 3.0 when the corona discharge treatment was performed. In sample 5, the polarization treatment time was 20 [sec], and in sample 3, the polarization treatment time was 15 [sec].

従って、圧電素子が載置されていない部分と、圧電素子が載置されている部分とに、それぞれ逆極性のステージ電圧を、電極板Fを介して印加することで、分極処理時間を短縮できることがわかった。   Therefore, the polarization processing time can be shortened by applying stage voltages having opposite polarities to the part where the piezoelectric element is not placed and the part where the piezoelectric element is placed through the electrode plate F, respectively. I understood.

〈実施例5〉
本実施例では、サンプル1を利用して、分極処理条件を変えて、各圧電素子に分極処理を施した。分極処理条件を表4に示す。
<Example 5>
In this example, using the sample 1, the polarization treatment conditions were changed and each piezoelectric element was subjected to polarization treatment. Table 4 shows the polarization treatment conditions.

処理温度を、それぞれ、室温、80℃とした。その他の分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は8.5kV、グリッド電圧は2.5kV、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は4mm、グリッド電極とステージとの間の距離は4mm、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−100V、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧はフロート、とした。 The treatment temperatures were room temperature and 80 ° C., respectively. The other polarization treatment conditions are all equal, the corona voltage is 8.5 kV, the grid voltage is 2.5 kV, the distance between the corona electrode and the grid electrode is 4 mm, the distance between the grid electrode and the stage is 4 mm, The stage voltage of the portion where the piezoelectric element is placed is -100 V, and the stage voltage of the portion where the piezoelectric element is not placed is float.

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率(Pr-Pind)が3.0に到達するのに要した時間とした。処理温度が室温での分極処理時間は、20[sec]であり、処理温度が80℃での分極処理時間は、18[sec]であった。   The polarization treatment time was the time required for the polarizability (Pr-Pind) to reach 3.0 when the corona discharge treatment was performed. The polarization treatment time at a treatment temperature of room temperature was 20 [sec], and the polarization treatment time at a treatment temperature of 80 ° C. was 18 [sec].

従って、処理温度を高温にすることで、分極処理時間を短縮できることがわかった。圧電素子の機械的、電気的な変化を促進させ、分極処理の効率を向上させることができることが示唆される。   Therefore, it was found that the polarization treatment time can be shortened by increasing the treatment temperature. It is suggested that the mechanical and electrical changes of the piezoelectric element can be promoted and the efficiency of the polarization treatment can be improved.

〈実施例6〉
本実施例では、圧電素子のレイアウトを変更した。レイアウト変更に合わせて、ステージ電極を変更し、サンプル9及びサンプル10を作製した。サンプル9及びサンプル10のステージ電極を用いて、各圧電素子に分極処理を施した。サンプル1とサンプル9とで、分極状態を比較した。図26(A)に、圧電素子のレイアウトXと、サンプル9の断面図を示す。図26(B)に、圧電素子のレイアウトYと、サンプル10の断面図を示す。
<Example 6>
In this embodiment, the layout of the piezoelectric element is changed. In accordance with the layout change, the stage electrode was changed to produce Sample 9 and Sample 10. Using the stage electrodes of Sample 9 and Sample 10, each piezoelectric element was subjected to polarization treatment. Sample 1 and sample 9 were compared in polarization state. FIG. 26A shows a layout X of the piezoelectric elements and a cross-sectional view of the sample 9. FIG. 26B shows a layout Y of the piezoelectric element and a cross-sectional view of the sample 10.

サンプル9及びサンプル10では、貫通孔の開口部の形状が、正六角形であるステージを利用した。   In Sample 9 and Sample 10, a stage in which the shape of the opening of the through hole is a regular hexagon is used.

貫通孔に、取り外し可能な金属ロッドAを複数挿入した。圧電素子のレイアウトYは、圧電素子のレイアウトXと比べて、高密度であるため、サンプル10において挿入した金属ロッドAの数は、サンプル9において挿入した金属ロッドAの数と比べて多くした。
又、圧電素子のレイアウトX及びYに合わせて、電極板Cを、それぞれ配設し、金属ロッドAと電極板Cとを導電性ペーストで接着した。又、金属ロッドAの下面と、一面に形成した共通電極Bとを接触させることにより、サンプル9及びサンプル10を形成した。
A plurality of removable metal rods A were inserted into the through holes. Since the layout Y of the piezoelectric elements is higher than that of the layout X of the piezoelectric elements, the number of metal rods A inserted in the sample 10 is larger than the number of metal rods A inserted in the sample 9.
In addition, the electrode plates C were respectively arranged in accordance with the layouts X and Y of the piezoelectric elements, and the metal rod A and the electrode plate C were bonded with a conductive paste. Further, the sample 9 and the sample 10 were formed by bringing the lower surface of the metal rod A into contact with the common electrode B formed on one surface.

分極処理条件を表5に示す。   Table 5 shows the polarization treatment conditions.

分極処理条件は、全て等しくし、コロナ電圧は8.5kV、グリッド電圧は2.5kV、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は4mm、グリッド電極とステージとの間の距離は4mm、処理温度は室温、圧電素子が載置されている部分のステージ電圧は−100V、圧電素子が載置されていない部分のステージ電圧はフロート、とした。 The polarization treatment conditions are all equal, the corona voltage is 8.5 kV, the grid voltage is 2.5 kV, the distance between the corona electrode and the grid electrode is 4 mm, the distance between the grid electrode and the stage is 4 mm, and the processing temperature. Is room temperature, the stage voltage of the portion where the piezoelectric element is placed is −100 V, and the stage voltage of the portion where the piezoelectric element is not placed is float.

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率(Pr-Pind)が3.0に到達するのに要した時間とした。分極処理時間は、20[sec]であり、等しかった。   The polarization treatment time was the time required for the polarizability (Pr-Pind) to reach 3.0 when the corona discharge treatment was performed. The polarization treatment time was 20 [sec] and was equal.

従って、圧電素子のレイアウト変更に合わせて、ステージ電極のレイアウト変更を行っても、適切な分極処理を、各圧電素子に施せることがわかった。ステージが備える貫通孔を利用することで、比較的容易にステージ電極のレイアウト変更が可能であるため、低コストな分極処理装置を実現できることが示唆される。   Therefore, it has been found that even if the layout of the stage electrode is changed in accordance with the change of the layout of the piezoelectric element, an appropriate polarization process can be applied to each piezoelectric element. By using the through-holes provided in the stage, it is possible to change the layout of the stage electrodes relatively easily, which suggests that a low-cost polarization processing apparatus can be realized.

〈比較例〉
比較例として、サンプル1において、ステージ電極に電圧を印加せずに、圧電素子に分極処理を施した。分極処理条件を表6に示す。
<Comparative example>
As a comparative example, in Sample 1, the piezoelectric element was subjected to polarization treatment without applying a voltage to the stage electrode. Table 6 shows the polarization treatment conditions.

分極処理条件は、コロナ電圧は8.5kV、グリッド電圧は2.5kV、コロナ電極とグリッド電極との間の距離は4mm、グリッド電極とステージとの間の距離は4mm、処理温度は室温、ステージ電圧はGND(アース接地)、とした。 The polarization treatment conditions are as follows: the corona voltage is 8.5 kV, the grid voltage is 2.5 kV, the distance between the corona electrode and the grid electrode is 4 mm, the distance between the grid electrode and the stage is 4 mm, the processing temperature is room temperature, the stage The voltage was GND (grounded).

分極処理時間は、コロナ放電処理を実施したときの分極率(Pr-Pind)が3.0に到達するのに要した時間とした。分極処理時間は、30[sec]であり、実施例と比べて長かった。ステージ電極にステージ電圧を印加しないと、適切な分極処理が圧電素子に施されないことがわかった。つまり、コロナ電極及びグリッド電極に電圧を印加するだけでなく、ステージ電極にも適切なステージ電圧を印加する必要があることがわかった。   The polarization treatment time was the time required for the polarizability (Pr-Pind) to reach 3.0 when the corona discharge treatment was performed. The polarization treatment time was 30 [sec], which was longer than that of the example. It was found that unless the stage voltage was applied to the stage electrode, an appropriate polarization treatment was not applied to the piezoelectric element. That is, it has been found that it is necessary not only to apply a voltage to the corona electrode and the grid electrode, but also to apply an appropriate stage voltage to the stage electrode.

実施例及び比較例の結果から、分極処理装置において、ステージが備える貫通孔を利用して、ステージ電極のレイアウト変更を行っても、ステージ電極の形状を変更しても、圧電素子の分極状態に悪影響は出ないことがわかった。圧電素子のレイアウトに合わせて、圧電素子に対してステージ電極から、的確にステージ電圧を印加することで、ステージに載置される圧電素子に適切な分極処理を施せることがわかった。   From the results of the examples and comparative examples, in the polarization processing apparatus, even if the layout of the stage electrode is changed or the shape of the stage electrode is changed using the through holes provided in the stage, the polarization state of the piezoelectric element is changed. It was found that there was no adverse effect. It was found that by appropriately applying a stage voltage from the stage electrode to the piezoelectric element in accordance with the layout of the piezoelectric element, an appropriate polarization process can be applied to the piezoelectric element placed on the stage.

以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の実施形態の要旨の範囲内において、種々の変形、変更が可能である。   The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and within the scope of the gist of the embodiment of the present invention described in the claims, Various modifications and changes are possible.

1 液滴吐出ヘッド
4 インクジェット記録装置
100 分極処理装置
101 ワイヤ電極(コロナ電極)
103 ステージ
105 グリッド電極
107 ステージ電極
108 圧電素子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Droplet discharge head 4 Inkjet recording apparatus 100 Polarization processing apparatus 101 Wire electrode (corona electrode)
103 Stage 105 Grid electrode 107 Stage electrode 108 Piezoelectric element

特開平8−180959号公報JP-A-8-180959

Claims (10)

圧電素子に分極処理を施す分極処理装置であって、
複数の貫通孔を含み、前記圧電素子を載置するステージと、
前記貫通孔を介して前記圧電素子に電圧を印加するステージ電極と、
前記ステージに対してコロナ放電するワイヤ電極と、
前記圧電素子と対向し、前記ワイヤ電極と前記ステージ電極との間に形成されるグリッド電極と、
を有する分極処理装置。
A polarization processing apparatus that performs polarization processing on a piezoelectric element,
A stage including a plurality of through-holes and mounting the piezoelectric element;
A stage electrode for applying a voltage to the piezoelectric element through the through hole;
A wire electrode for corona discharge to the stage;
A grid electrode facing the piezoelectric element and formed between the wire electrode and the stage electrode;
A polarization treatment apparatus having
前記貫通孔における開口部の形状は、六角形である
請求項1記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein a shape of the opening in the through hole is a hexagon.
前記貫通孔における開口部の形状は、円形である
請求項1記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein a shape of the opening in the through hole is circular.
前記ワイヤ電極と、前記ステージ電極には、逆極性の電圧が印加される
請求項1乃至3の何れか一項記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein a voltage having a reverse polarity is applied to the wire electrode and the stage electrode.
前記貫通孔は、金属ロッドが挿入される
請求項1乃至4の何れか一項記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein a metal rod is inserted into the through hole.
前記圧電素子と重なる金属ロッドと、前記圧電素子と重ならない金属ロッドには、逆極性の電圧が印加される
請求項5記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 5, wherein a voltage having a reverse polarity is applied to the metal rod that overlaps the piezoelectric element and the metal rod that does not overlap the piezoelectric element.
前記貫通孔は、導電性ペーストで充填される
請求項1乃至4の何れか一項記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein the through hole is filled with a conductive paste.
前記貫通孔は、位置決めピンを備える
請求項1乃至7の何れか一項記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein the through hole includes a positioning pin.
前記ステージは、温度調節機能を備える
請求項1乃至8の何れか一項記載の分極処理装置。
The polarization processing apparatus according to claim 1, wherein the stage has a temperature adjustment function.
第1の電極を成膜する工程、前記第1の電極上に電気機械変換膜を成膜する工程、及び前記電気機械変換膜上に第2の電極を成膜する工程、を含む工程により圧電素子を作製し、Piezoelectric process includes a step of forming a first electrode, a step of forming an electromechanical conversion film on the first electrode, and a step of forming a second electrode on the electromechanical conversion film. Make the device,
請求項1乃至9の何れか一項記載の分極処理装置により前記圧電素子に分極処理を施す圧電素子の製造方法。A method for manufacturing a piezoelectric element, wherein the piezoelectric element is polarized by the polarization processing apparatus according to claim 1.
JP2013122520A 2013-06-11 2013-06-11 Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method Expired - Fee Related JP6191257B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013122520A JP6191257B2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013122520A JP6191257B2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014241317A JP2014241317A (en) 2014-12-25
JP6191257B2 true JP6191257B2 (en) 2017-09-06

Family

ID=52140440

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013122520A Expired - Fee Related JP6191257B2 (en) 2013-06-11 2013-06-11 Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6191257B2 (en)

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS541038B2 (en) * 1972-12-21 1979-01-19
JPH08180959A (en) * 1994-12-20 1996-07-12 Ulvac Japan Ltd Corona polarization treating method and corona polarization device
JP4927400B2 (en) * 2004-12-24 2012-05-09 富士フイルム株式会社 Inorganic piezoelectric body poling treatment method and piezoelectric element manufacturing method
JP4424331B2 (en) * 2005-08-01 2010-03-03 セイコーエプソン株式会社 Electrostatic actuator, droplet discharge head, method for driving droplet discharge head, and method for manufacturing electrostatic actuator
JP5112758B2 (en) * 2007-06-21 2013-01-09 株式会社潤工社 Piezoelectric and pyroelectric elements made of polymer materials
JP5724168B2 (en) * 2009-10-21 2015-05-27 株式会社リコー ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME, DROPLET DISCHARGE HEAD HAVING ELECTRO-MECHANICAL CONVERTER ELEMENT, AND DROPLET DISCHARGE DEVICE HAVING DROPLET DISCHARGE HEAD
JP2013000992A (en) * 2011-06-17 2013-01-07 Ricoh Co Ltd Droplet discharge head, and image forming device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014241317A (en) 2014-12-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9186894B2 (en) Droplet discharge head, image forming apparatus, polarization processing method of electromechanical transducer, and method of manufacturing droplet discharge head
JP6273829B2 (en) ELECTRO-MACHINE CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND LIQUID DISCHARGE HEAD HAVING ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT, AND LIQUID DISCHARGE EJECTION DEVICE HAVING LIQUID DISCHARGE HEAD
US9199458B2 (en) Electromechanical transducer element, method of producing electromechanical transducer element, inkjet recording head, and inkjet recording apparatus
JP2015116696A (en) Method of manufacturing electromechanical conversion element, electromechanical conversion element, droplet discharge head and image formation device
JP6079080B2 (en) Electro-mechanical conversion element manufacturing method, electro-mechanical conversion element, droplet discharge head and droplet discharge apparatus including the electro-mechanical conversion element
JP6263950B2 (en) ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT, MANUFACTURING METHOD THEREOF, DROPLET DISCHARGE HEAD HAVING ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT, INK CARTRIDGE, AND IMAGE FORMING APPARATUS
JP6332735B2 (en) ELECTRO-MACHINE CONVERSION MEMBER, MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND LIQUID DISCHARGE DISCHARGE HEAD AND IMAGE FORMING APPARATUS PROVIDED WITH THE ELECTRO-MACHINE CHANGE MEMBER
JP6112401B2 (en) Electromechanical conversion element manufacturing method and electromechanical conversion element manufacturing apparatus
JP5831475B2 (en) Droplet discharge head, voltage control method, and image forming apparatus
JP2014054802A (en) Electromechanical conversion element, droplet discharge head and droplet discharge device
JP6179804B2 (en) Electromechanical transducer manufacturing method, electromechanical transducer, droplet ejection head, droplet ejection apparatus, and electromechanical transducer polarization processing apparatus
JP6414728B2 (en) Electromechanical conversion member, droplet discharge head, image forming apparatus, polarization processing method of electromechanical conversion element, and method of manufacturing electromechanical conversion member
JP6221270B2 (en) Electro-mechanical conversion element manufacturing apparatus and electro-mechanical conversion element manufacturing method
JP6191257B2 (en) Polarization processing apparatus and piezoelectric element manufacturing method
JP6236924B2 (en) Electromechanical conversion film, electromechanical conversion element, droplet discharge head, and ink jet recording apparatus
JP2014157850A (en) Electromechanical conversion element, droplet discharge head, and image forming apparatus
JP6198118B2 (en) Electromechanical transducer manufacturing method, electromechanical transducer, droplet ejection head, ink jet recording apparatus, and droplet ejection apparatus
JP5998537B2 (en) Electro-mechanical conversion element, droplet discharge head, and droplet discharge apparatus
JP6566323B2 (en) Droplet discharge head, droplet discharge apparatus, and image forming apparatus
JP6287178B2 (en) Electro-mechanical conversion element and droplet discharge head
JP2015164149A (en) Pre-polarization processing substrate, actuator substrate, manufacturing method of actuator substrate, droplet discharge head, and image forming apparatus
JP6146067B2 (en) ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT, ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT MANUFACTURING METHOD, DROPLET DISCHARGE HEAD, DROPLET DISCHARGE DEVICE
JP6198116B2 (en) Electromechanical transducer manufacturing method, electromechanical transducer, droplet ejection head, droplet ejection apparatus, and image forming apparatus
JP2015046434A (en) Corona polarization processing device, electromechanical conversion element, ink jet recording head, ink jet recording device, and corona polarization processing method
JP6268985B2 (en) ELECTRO-MACHINE CONVERSION ELEMENT AND MANUFACTURING METHOD THEREOF, AND LIQUID DISCHARGE HEAD HAVING ELECTRO-MECHANICAL CONVERSION ELEMENT, AND LIQUID DISCHARGE EJECTION DEVICE HAVING LIQUID DISCHARGE HEAD

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20160607

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20170216

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170228

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170426

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170711

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170724

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 6191257

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees